Nhóm nghiên cứu tại Đại học Rice, Hoa Kỳ, phát hiện ra loại vật liệu mới này bằng cách thêm một lượng nhỏ indium - một kim loại mềm - vào một hợp chất nhiều lớp hiện có được làm từ tantalum và lưu huỳnh, được gọi là TaS₂.
Sự thay đổi nhỏ này gây ra sự biến đổi lớn trong cấu trúc tinh thể của loại vật liệu này. Kết quả là, các electron bên trong vật liệu bắt đầu hoạt động theo những cách khác thường và hữu ích.
Trong cấu trúc mới, các electron quay theo một hướng di chuyển dọc theo một đường khác với các electron quay theo hướng ngược lại. Các đường riêng biệt này cuối cùng gặp nhau tại nơi mà các nhà khoa học gọi là đường nút Kramers.
Sự sắp xếp đặc biệt này được bảo vệ bởi tính đối xứng của vật liệu và mang lại cho vật liệu những đặc tính điện tử độc đáo, có thể được khai thác trong các thiết bị điện tử tiên tiến thế hệ tiếp theo.
Thú vị hơn nữa, vật liệu này còn cho thấy dấu hiệu siêu dẫn, nghĩa là nó có thể dẫn điện mà không mất năng lượng dưới dạng nhiệt. Đây là tính năng hiếm có và là mong muốn đối với các công nghệ như máy tính hiệu suất cao, lưới điện và thiết bị lượng tử.
Việc có cả hành vi bất thường của electron và tính siêu dẫn trong cùng một vật liệu, có thể giúp chế tạo được thứ gọi là siêu dẫn topological, loại vật liệu mạnh mẽ mà các nhà khoa học tin rằng có thể biến đổi hệ thống điện và máy tính.
Việc tạo ra vật liệu mới này không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Nhóm nghiên cứu phải thử nghiệm các thành phần hóa học khác nhau và sử dụng các công cụ tiên tiến để nghiên cứu cách các electron di chuyển và hoạt động.
Một kỹ thuật, được gọi là quang phổ phát xạ phân giải quay, cho phép các nhà khoa học quan sát cách năng lượng của electron thay đổi khi chúng di chuyển qua vật liệu.
Để hỗ trợ các phát hiện thực nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các mô hình máy tính mạnh mẽ mô phỏng cách các electron hoạt động trong các vật liệu mới. Các kết quả khớp nhau, giúp họ tự tin vào khám phá của mình.
Theo nhóm nghiên cứu, đây chỉ là sự khởi đầu. Hiện nay, họ đã chỉ ra cách tạo ra kim loại đường nút Kramers có đặc tính siêu dẫn, họ hy vọng sẽ khám phá thêm nhiều phiên bản của vật liệu này và phát hiện nhiều hành vi tuyệt vời hơn nữa.
Công trình của họ là bước tiến lớn trong quá trình tìm kiếm các vật liệu hiệu quả và mạnh mẽ, có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử xanh hơn và thông minh hơn trong tương lai.
