Investigadores de la TU Wien han descubierto un material en el que los electrones ya no actúan como partículas distintas, pero aún exhibe propiedades topológicas que se creía requerían dicho comportamiento. Este hallazgo en el compuesto CeRu₄Sn₆ desafía suposiciones tradicionales en física cuántica. Los resultados sugieren que los estados topológicos son más universales de lo que se pensaba.
Los físicos han descrito tradicionalmente a los electrones como partículas diminutas que se mueven a través de los materiales, un modelo que sustenta las explicaciones de las corrientes eléctricas y conceptos avanzados como los estados topológicos de la materia. Estos estados, que obtuvieron un Premio Nobel en 2016, se asumía que dependían de que los electrones tuvieran posiciones y velocidades bien definidas. Sin embargo, un estudio de la TU Wien revela que esta imagen de partículas puede descomponerse completamente mientras persisten las características topológicas. El material en cuestión, CeRu₄Sn₆ —un compuesto de cerio, rutenio y estaño— fue examinado a temperaturas justo por encima del cero absoluto. Allí, muestra un comportamiento cuántico crítico, fluctuando entre dos estados sin decidirse por uno. «Cerca del cero absoluto, exhibe un tipo específico de comportamiento cuántico crítico», señala Diana Kirschbaum, autora principal del estudio. «El material fluctúa entre dos estados diferentes, como si no pudiera decidir cuál adoptar. En este régimen fluctuante, se considera que la imagen de cuasipartículas pierde su significado.» A pesar de ello, los experimentos detectaron un efecto Hall anómalo espontáneo en el material, donde los portadores de carga se desvían sin un campo magnético externo —una característica distintiva de las propiedades topológicas—. Este efecto fue más intenso en medio de las fluctuaciones más grandes y desapareció cuando se suprimió mediante presión o campos magnéticos. «El efecto topológico es más fuerte precisamente donde el material presenta las mayores fluctuaciones», añade Kirschbaum. «Cuando estas fluctuaciones se suprimen con presión o campos magnéticos, las propiedades topológicas desaparecen.» La prof. Silke Bühler-Paschen, del Instituto de Física del Estado Sólido de la TU Wien, resalta la sorpresa: «Fue una gran sorpresa. Muestra que los estados topológicos deben definirse en términos generalizados.» Colaboradores de la Rice University, incluidos Lei Chen y el prof. Qimiao Si, desarrollaron un modelo teórico que vincula la criticidad cuántica con una fase de semimetal topológico emergente. El descubrimiento implica que el comportamiento similar al de partículas no es esencial para la topología, que surge a través de distinciones matemáticas más abstractas. Abre nuevas vías para encontrar materiales topológicos en sistemas cuántico-críticos, lo que podría avanzar en el almacenamiento de datos cuánticos y sensores. Los resultados se publican en Nature Physics (2026).