TU Wienの研究者らが、電子が個別の粒子として振る舞わなくなる物質を発見したが、それでも粒子挙動を必要とすると思われていたトポロジカル特性を示す。このCeRu₄Sn₆化合物での発見は、量子物理学の長年の仮定に挑戦する。結果は、トポロジカル状態がこれまで考えられていたよりも普遍的であることを示唆する。
物理学者は伝統的に、電子を物質内を移動する小さな粒子として記述してきた。このモデルは、電流の説明やトポロジカル状態のような先進的概念を支えている。これらの状態は2016年のノーベル賞を受賞したが、電子が明確に定義された位置と速度を持つことを前提としていた。しかし、TU Wienの研究は、この粒子像が完全に崩壊してもトポロジカル特徴が持続することを明らかにした。 対象の物質CeRu₄Sn₆（セリウム、ルテニウム、錫の化合物）は、絶対零度直上の温度で調べられた。そこで、量子臨界挙動を示し、2つの状態間で揺らぎ、一つに落ち着かない。「絶対零度近くで、特定の量子臨界挙動を示す」と、研究主著者のDiana Kirschbaum氏。「物質は2つの異なる状態間で揺らぎ、どちらを採用するか決められないようだ。この揺らぎ領域では、準粒子像が意味を失うと考えられている。」 それにもかかわらず、実験では外部磁場なしに電荷担い手が偏向する自発的異常ホール効果が検出され、これはトポロジカル特性の特徴である。この効果は最大の揺らぎの中で最も強く、圧力や磁場で抑制されると消えた。「トポロジカル効果はまさに物質の最大揺らぎで最も強い」とKirschbaum氏。「これらの揺らぎが圧力や磁場で抑制されると、トポロジカル特性が消える。」 TU Wien固体物理学研究所のSilke Bühler-Paschen教授は驚きを強調：「これは大きな驚きだった。トポロジカル状態を一般化された用語で定義すべきことを示す。」Rice Universityの協力者ら（Lei Chen氏とQimiao Si教授を含む）は、量子臨界性を出現トポロジカル半金属相に結びつける理論モデルを開発した。 この発見は、粒子様挙動がトポロジーに不可欠でないことを示し、より抽象的な数学的区別から生じる。新たな量子臨界系でのトポロジカル物質探索の道を開き、量子データストレージやセンサーを進展させる可能性がある。結果はNature Physics（2026）に掲載。