Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Irvine (UCI) đã phát hiện ra một trạng thái vật chất lượng tử mới, trước đây chỉ được dự đoán về mặt lý thuyết. Khám phá này mở ra cánh cửa cho các công nghệ thế hệ tiếp theo, bao gồm cả máy tính có thể hoạt động đáng tin cậy ở mức năng lượng thấp, ngay cả trong môi trường bức xạ khắc nghiệt của không gian.
Trạng thái vật chất mới này, tương tự như việc nước tồn tại ở thể lỏng, rắn hoặc khí, đã được quan sát thấy trong một vật liệu gọi là hafnium pentatelluride. Các nhà khoa học đã cho vật liệu này chịu các từ trường cực mạnh, đạt tới 70 tesla, mạnh hơn khoảng 700 lần so với nam châm tủ lạnh. Dưới áp lực này, các đặc tính của vật liệu đã thay đổi đáng kể, đánh dấu sự chuyển đổi sang một pha hoàn toàn chưa từng có.
Trong pha mới này, các electron và các hạt mang điện tích dương tương ứng của chúng, được gọi là lỗ trống, liên kết với nhau để tạo thành các cặp được gọi là exciton. Điều làm cho pha này trở nên độc đáo hơn nữa là các electron và lỗ trống này quay cùng chiều với nhau, một hành vi chưa từng được quan sát trước đây. Chất lỏng exciton này hoạt động như vật chất kết hợp, tương tự như một chất siêu lỏng, nhưng ở quy mô hạt lượng tử.
Khám phá này mang lại những triển vọng công nghệ đáng kể, đặc biệt là trong lĩnh vực spintronics, lĩnh vực này nhằm mục đích sử dụng sự quay của electron thay vì điện tích để truyền thông tin. Điều này có thể dẫn đến các thiết bị nhanh hơn, nhỏ gọn hơn và tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể so với các mạch điện tử hiện tại. Thậm chí mang tính cách mạng hơn, trạng thái mới này dường như không bị ảnh hưởng bởi bức xạ, một vấn đề lớn trong không gian. Bức xạ vũ trụ có thể làm hỏng nghiêm trọng các thành phần điện tử truyền thống. Vật liệu này có thể chịu được nó mà không bị suy yếu, cho phép máy tính tự hành và bền bỉ cho các nhiệm vụ không gian tham vọng nhất, bao gồm cả các nhiệm vụ hướng tới Sao Hỏa và xa hơn nữa.
Hiện tại, trạng thái vật chất mới này chỉ được quan sát dưới các điều kiện khắc nghiệt khó có thể tái tạo trên quy mô lớn. Tuy nhiên, như thường lệ trong vật lý cơ bản, đây là những bước đầu tiên của một cấu trúc có thể thay đổi mối quan hệ của chúng ta với công nghệ trong tương lai. Loại khám phá này nhấn mạnh cách nghiên cứu về các vật liệu kỳ lạ vẫn là mảnh đất màu mỡ cho các cuộc cách mạng trong tương lai, không chỉ trong lĩnh vực máy tính mà còn trong năng lượng, truyền thông và khám phá không gian. Vào thời điểm cuộc chinh phục Sao Hỏa đang được chuẩn bị, vật chất phát sáng và khó nắm bắt này có thể trở thành một đồng minh bất ngờ của nhân loại.
Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, đã nhận được sự hỗ trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.