當冰融化成水時，它就會發生變化。其行為不同，運動不同，原子的組織方式也不同。這些都是相變的影響，雖然材料的本質不會改變，但絕對可以改變材料的工作方式。同樣的事情——或者至少是類似的事情——發生在量子領域，研究超導體的研究人員對「量子相變」極感興趣。
研究這些轉變的吳三峰（Sanfeng Wu，音譯）在一份新聞稿中表示：「物質如何從一個『超導相』轉變到另一個『相』，這是一個令人著迷的研究領域。我們對這個問題在僅有幾個原子薄的、清潔的單晶材料中的研究課題，感興趣已經有一段時間了。」在物理學中，「超導相」指的是材料在低溫下通過特定的相變過程，達到超導狀態，其中電阻變為零。
為了將這種興趣轉化為更多的科學知識，正如研究小組1月5日發表在《自然· 物理學》（Nature Physics）期刊上的最新研究中所描述的那樣，他們轉向了一種名為二碲化鎢（Tungsten Ditelluride）的材料，並將其削薄至只有三個原子厚。然後，把它冷卻至零下273.1攝氏度，即零下459.58華氏度。
當溫度足夠低時，研究小組在材料中添加了一些額外的電子，從而成為超導體。該論文的主要作者宋天成（Tiancheng Song，音譯）在一份新聞稿中表示：「只需很小的柵極電壓（gate voltage）就可將材料從絕緣體轉變為超導體。這確實是一個了不起的效果。」在電子學和半導體器件中，柵極電壓是指施加在場效應晶體管（FET）或金屬-絕緣體-半導體場效應晶體管（MOSFET）的柵極上的電壓。它被用於控制晶體管的導電特性。
但這並不是唯一顯著的效果。研究還顯示，在一定的電子密度下，發生了一些非常奇怪的事情——這是團隊完全沒有預料到的。
在這項研究中，研究小組想要仔細觀察一種叫做「量子漲落」（quantum fluctuation）的東西。它恰好發生在超導體和非超導體之間的臨界點，並且會破壞超導性。超導本質上是一種物質在微觀上有組織的存在狀態，而漲落則與有序或有組織的狀態恰恰相反。當漲落被引入系統，這就會消除超導性。
因此，團隊希望仔細研究這些具有破壞性的量子漲落。為了做到這一點，他們加熱材料的一側，直到它不再是超導體，而是充當絕緣體。這導致量子漲落效應產生「量子渦旋」，它是一種磁場的小漩渦，研究人員可以跟蹤這些漩渦以研究量子漲落。
在整個實驗過程中，研究小組一直在材料內部保持一定的電子密度流。在材料內部建立一定電子密度梯度後，他們開始改變這些密度的水平。奇怪的事情發生了：在一定的密度下，量子漲落就突然停止了。
沒有人知道為甚麼。根據目前所知的物理學，這確實不該發生。吳在新聞稿中表示：「我們預計，在臨界電子密度以下，實驗材料非超導的一側的仍會一直觀測到強烈的量子漲落，就像遠高於『BKT 相變』溫度時出現的強烈波動一樣。然而，我們發現，當越過臨界電子密度時，渦旋信號突然消失。這真是令人震驚。我們根本無法解釋這一觀察結果——量子漲落的『突然死亡』。」
如果粒子物理學家說他們不知道發生了甚麼，那麼事情就變得非常複雜了。吳在一封電子郵件中告訴《Popular Mechanics》網路雜誌，這種情況「需要對超導量子相變有新的理解」。◇
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