Các nhà vật lý khám phá trạng thái mới của vật chất lượng tử

Nghiên cứu này có thể giúp tạo ra những công nghệ lượng tử mới đặt nền móng cho du hành vào vũ trụ sâu thẳm.

• Trạng thái mới của vật chất tồn tại không chỉ trong phòng thí nghiệm của UC Irvine.
• Vật liệu này có thể đem lại nhiều lợi ích như máy tính không cần sạc và không bị ảnh hưởng bởi bức xạ vũ trụ.

Các nhà nghiên cứu tại trường đại học California, Irvine đã khám phá ra một trạng thái mới của vật chất lượng tử. Trạng thái này tồn tại bên trong một vật liệu mà nhóm nghiên cứu này cho biết là có thể dẫn đến một kỷ nguyên mới của máy tính tự sạc và những thiết bị có khả năng chống chịu với những thách thức trong các cuộc du hành vào vũ trụ sâu thẳm.

“Đó là một pha vật chất mới, tương tự như việc nước có thể tồn tại dưới dạng lỏng, đóng băng hoặc hóa hơi”, theo Luis A. Jauregui, giáo sư vật lý và thiên văn học UC Irvine và tác giả liên hệ của bài báo mới được xuất bản trên Physical Review Letters. “Đó không chỉ là một dự đoán về mặt lý thuyết mà là một thứ chúng tôi có thể đo lường được ở thời điểm hiện tại”.

Pha mới này giống như một chất lỏng được tạo bởi các electron và các bản sao của chúng mà được gọi là các “lỗ trống”, kết cặp một cách ngẫu nhiên và hình thành tạng thái lạ mà người ta gọi là các exciton – một trạng thái ràng buộc của một electron và một lỗ trống electron, hấp dẫn lẫn nhau bởi lực tĩnh điện Coulomb. Một cách bất thường, các electron và lỗ trống quay cùng với nhau theo một hướng. “Đó là một điều hoàn toàn mới của chúng”, Jauregui nói. “Nếu chúng ta có thể nắm giữ nó trong bàn tay chúng ta thì có lẽ nó tỏa ra thứ ánh sáng rực rỡ có tần số cao”.

Pha mới tồn tại trong một vật liệu được phát triển ở UC Irvine, do Jinyu Liu, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ ở phòng thí nghiệm của Jauregui và là tác giả thứ nhất của bài báo. Jauregui và nhóm nghiên cứu của ông đo đạc pha này bằng từ trường mạnh hơn đáng kể so với các loại từ trường thông thường tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (LANL) ở New Mexico.

Vấn đề mấu chốt trong việc tạo ra vật chất lượng tử mới là áp một từ trường mạnh lên tới 70 Teslas vào vật liệu (từ trường từ một nam châm máy lạnh mạnh vào khoảng 0,1 Tesla) mà nhóm nghiên cứu gọi là hafnium pentatelluride.

Jauregui giải thích, khi nhóm nghiên cứu áp từ trường này bào, ‘năng lực mang dòng điện của vật liệu đột ngột giảm xuống, cho thấy nó đã chuyển đổi sang trạng thái lạ”, ông nói. “Khám phá này rất quan trọng bởi vì nó có thể cho phép tồn tại các tín hiệu do spin mang hơn là tích điện, qua đó mở ra một con đường mới hướng đến các công nghệ hiệu quả về năng lượng như các thiết bị điện tử chứa spin hoặc thiết bị lượng tử”.

Không giống các vật liệu thông thường có trong các thiết bị điện tử, vật chất lượng tử mới không bị ảnh hưởng trước bất kỳ hình thức bức xạ nào, vì vậy khiến nó trở thành một ứng viên lý tưởng cho các chuyến du hành vũ trụ.

“Nó có thể hữu dụng cho các nhiệm vụ khám phá vũ trụ”, Jauregui nói. “Nếu bạn muốn các máy tính trong vũ trụ sẽ tiếp tục hoạt động thì đây là một cách để giúp cho nó có thể xảy ra”.

Các công ty như SpaceX đang lên kế hoạch cho chuyến bay có người lên sao Hỏa, vì vậy cần có những máy tính có thể chống đỡ được những thời kỳ bị phơi nhiễm bức xạ trong thời gian dài.

“Cho đến giờ thì chúng tôi vẫn chưa biết hết những khả năng nào sẽ mở ra nữa”, Jauregui nói.

Anh Hiền dịch từ University of California, Irvine

Nguồn: https://news.uci.edu/2025/07/24/uc-irvine-scientists-discover-new-state-of-quantum-matter/