Quantum criticality adalah keadaan di mana elektron berfluktuasi antara fase-fase yang berbeda, dan topologi elektronik adalah bentuk organisasi kuantum berdasarkan perilaku gelombang elektron.
Sebuah studi baru, yang dipimpin bersama oleh Qimiao Si dari Universitas Rice, menggabungkan kedua hal ini dan menemukan satu lagi keadaan materi kuantum baru. Para peneliti menemukan bahwa elektron yang berinteraksi kuat dapat menghasilkan perilaku topologis, cara baru untuk teknologi menggunakan keadaan kuantum ini dalam aplikasi dunia nyata.
Lei Chen, co-author pertama dari studi ini dan mahasiswa pascasarjana di Rice, mengatakan, “Dengan menggabungkan dua bidang ini, kami menjelajahi wilayah yang belum dipelajari. Kami terkejut menemukan bahwa kritisitas kuantum itu sendiri bisa menghasilkan perilaku topologis, terutama dalam pengaturan dengan interaksi kuat.”
Untuk studi ini, mereka mengembangkan model teoritis, model semimetal Weyl-Kondo pada titik kritis kuantum destruksi Kondo. Model tersebut memprediksi perilaku elektron dalam interaksi kuat dan efek topologis.
Keadaan materi kuantum yang tidak biasa pertama kali diamati
Mereka menggunakan material heavy-fermion non-centrosymmetric CeRu4Sn6, sebuah sistem kuantum kritis alami, untuk menunjukkan bahwa fase topologi menunjukkan struktur berbentuk kubah sebagai fungsi medan magnetik dan tekanan. Elektron dalam material tersebut berperilaku jauh lebih seperti partikel berat karena interaksi, menunjukkan tanda-tanda keadaan kuantum topologi baru.
Hubungan antara kritisitas kuantum dan topologi dapat mengubah teknologi kuantum. Mereka bisa menggunakannya untuk mengembangkan perangkat yang sangat sensitif dan tahan lama, serta kualitas yang vital untuk komputasi, sensor, dan elektronik berdaya rendah.
Para peneliti berpikir bahwa keadaan hibrida ini bisa sangat berharga untuk mengelola perilaku kuantum; kedua efeknya terkait dengan superkonduktivitas dan sensitivitas ekstrim terhadap sinyal eksternal. Mereka dapat mengarah pada perancangan material kuantum dengan fitur canggih.
“Temuan ini mengatasi kesenjangan dalam fisika materi terkondensasi dengan menunjukkan bahwa interaksi elektron yang kuat dapat menimbulkan keadaan topologi daripada menghancurkannya,” kata Si. “Selain itu, mereka mengungkapkan keadaan kuantum baru yang memiliki signifikansi praktis yang substansial.”
Keadaan materi yang belum pernah terlihat sebelumnya – cairan spin kuantum
Para peneliti tidak berhenti di sini. Mereka berencana untuk mempelajari keadaan materi baru ini dengan lebih detail, dengan harapan mengungkap perilaku kuantum yang tidak biasa tambahan.
Referensi Jurnal:
- Kirschbaum, D.M., Chen, L., Zocco, D.A. et al. Emergent topological semimetal from quantum criticality. Nat. Phys. (2026). DOI: 10.1038/s41567-025-03135-w
