Quang tương rối được phát hiện trong tinh thể centimét của một kim loại bất thường, như đã chỉ ra các nhà vật lý với “đoàn kiến Schrödinger”

Kim loại kỳ lạ «đã rối liên kết» lượng tử: một bước đột phá thực nghiệm mới

Khái niệm về kim loại kỳ lạ là gì?
Kim loại kỳ lạ (hoặc không‑fermi) là những hợp kim hiếm có tính chất nằm ở trạng thái trung gian giữa các chất điện môi và các dẫn cường thông thường. Chúng có electron tự do, nhưng chúng không cư xử như các kim loại quen thuộc: độ trở thay đổi gần tuyến tính với nhiệt độ, và khi tiếp cận nhiệt độ tuyệt đối 0K xuất hiện những hiệu ứng lượng tử bất thường. Hiện nay, vật liệu này chưa được nghiên cứu sâu; thậm chí Wikipedia cũng chưa có bài viết đầy đủ về chúng.

Tại sao việc nghiên cứu dòng điện của chúng lại quan trọng?
Trong các dẫn cường thông thường, dòng điện di chuyển theo “đập” – là động học tập thể của các hạt giả. Trong khi đó, trong kim loại kỳ lạ, dòng điện chảy mượt mà, không có dao động đáng kể, giống như nước chảy qua kênh. Hành vi bất thường này thu hút sự chú ý của các nhà khoa học cố gắng hiểu lý do và cách “cảm nhận” hiệu ứng lượng tử ở mức độ vĩ mô.

Thí nghiệm: từ tinh thể tới rối liên kết lượng tử
1. Tổng hợp – các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Vienna đã tạo ra một tinh thể có kích thước vài centimet của Ce₃Pd₂₀Si₆ (được làm từ cerium, palladium và silicon).

2. Điều kiện – tinh thể được làm lạnh xuống mức hàng chục milli-kelvin và đặt trong trường từ 1,73 T dọc theo trục [001].

3. Đo lường – sử dụng phương pháp khúc xạ không đàn hồi của neutron tại Viện Laue‑Langevin (ILL) ở Pháp.

Kết quả phát hiện
- Khi chiếu sáng bằng neutron, hệ thống phản ứng mạnh hơn nhiều so với dự đoán.
- Thay vì thải năng lượng ra một hạt duy nhất, vật liệu cho thấy phản hồi tập thể – tương tác “tập thể”.
- Phân tích bằng tham số Fisher (chỉ báo metrologic lượng tử) chỉ ra rằng ít nhất chín đối tượng rối liên kết lượng tử hoạt động cùng nhau.

Như vậy, tinh thể Ce₃Pd₂₀Si₆ cho thấy sự rối liên kết lượng tử tập thể ngay cả trong khối lượng vài centimet. Đây là trường hợp đầu tiên mà hiện tượng như vậy được ghi nhận trên một “đoạn lớn” của vật liệu.

Ý nghĩa
- Thí nghiệm liên kết vật lý tinh thể với cơ học lượng tử: các tính chất quan sát được giờ đây có thể mô tả qua ngôn ngữ thông tin lượng tử.
- Nó giúp giải thích vì sao dòng điện trong kim loại kỳ lạ chảy mượt mà (sự biến mất của các hạt giả) và tại sao độ trở phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ.
- Theo lời các nhà khoa học, từ “con mèo Schrödinger” có thể chuyển sang “đám kiến Schrödinger”: một phần tử kích thích gây ra phản ứng ở chín hàng xóm rối liên kết.

Kết luận
Thí nghiệm mới mở đường cho việc hiểu và tận dụng các hiệu ứng lượng tử trong hệ thống vĩ mô. Kim loại kỳ lạ, nhờ cấu trúc độc đáo của chúng, trở thành ví dụ sống động về cách rối liên kết lượng tử tập thể có thể hiện diện trong vật liệu thực tế.