近日，由美国莱斯大学物理学与天文学系教授齐苗·斯(Qimiao Si)与维也纳工业大学等机构合作领导的一项研究，发现了一种连接量子临界性与拓扑电子态的新量子物态。该成果有望推动量子计算、传感和材料科学的发展，相关论文已发表于《自然·物理》(Nature Physics)杂志。

研究团队建立了一个理论模型，用于预测电子在强相互作用与拓扑效应共同影响下的行为。量子临界性通常描述电子在有序相之间的涨落，类似水在冻结或沸腾临界点上的剧烈波动;而拓扑则关注电子波动性质中稳定的“扭曲”模式，这种模式在材料结构变化时仍能保持。以往这两类现象通常被分开研究：拓扑多在弱相互作用体系中观测，而量子临界性则常见于强关联电子系统。此项研究首次系统地将两者结合，探索其交叉作用。

理论预测指出，强电子相互作用可诱导出拓扑行为，尤其在量子临界点附近。为了验证这一理论，维也纳工业大学实验团队在一种重费米子材料中观测到了与理论相符的行为。该材料中的电子因强关联效应而表现为等效质量极大，并显示出新拓扑量子态的特征信号，从而实现了理论预言与实验观测的相互印证。

这一发现弥合了凝聚态物理中长期存在的认知缺口，表明强相互作用不仅不会破坏拓扑态，反而可以催生新的拓扑量子态。此外，量子临界性可增强量子纠缠，拓扑态则具备抗干扰的鲁棒性，二者的结合为设计兼具高灵敏度和稳定性的量子器件提供了全新路径。该研究为系统寻找或设计处于量子临界点且具备拓扑特性的材料提供了明确指引，标志着量子材料设计向利用深层量子物理原理迈出了关键一步。

出版详情：作者：DM Kirschbaum 等人，标题：《量子临界性涌现的拓扑半金属》，发表于：《自然·物理学》(2026)。杂志信息：《自然·物理学》