أصبحت البنى غير المتجانسة من نوع فان دير فالس الملتوِية ساحة لإنشاء أطوار كمومية غريبة. ومن بينها يحتل الكوبرات الملتوِي BSCCO مكانة خاصة: إذ تتوقع النظرية أنه عند زاوية 45° يصبح موصلًا فائقًا طوبولوجيًا ذا أنماط حدّية لولبية. غير أن هذه الأنماط لم يكن ممكنًا رصدها مباشرة حتى الآن، وظل مقدار الفجوة الطوبولوجية مجهولًا. ويأتي العمل في سياق أبحاث الموصلية الفائقة الملتوِية والطوبولوجيا في أنماط مويري (moiré)، إلى جانب أعمال الجرافين الملتوِي وغيره من الأنظمة الطبقية، لكنه أول من يطبّق الاستشعار الكمومي على البنى غير المتجانسة الكوبراتية.
صنع المؤلفون أجهزة من BSCCO الملتوِي بطريقة النقل المبرّد دون مذيبات. ولرصد الأنماط الحدّية استخدموا مركز NV منفردًا مزروعًا في بنية ألماسية نانوية عمودية. يعمل مركز NV كمستشعر كمومي للمجال المغناطيسي: إذ يتسارع استرخاؤه المغزلي تحت تأثير الضجيج المغناطيسي الصادر عن أشباه الجسيمات في القنوات الحدّية. وبمسح مركز NV فوق العينة على مسافة ~60 نانومتر، قاسوا معدل الاسترخاء Γ بدلالة الموضع ودرجة الحرارة. ولدراسة الطوبولوجيا المستحثة بالمجال استخدموا قياس التدرّج لإعادة بناء كثافة التيار.
في BSCCO الملتوِي بزاوية 45° عند 50 كلفن، رُصدت قمتان لمعدل الاسترخاء Γ عند الحدود الفيزيائية للجهاز بالضبط، وهو دليل مباشر على الأنماط الحدّية اللولبية. واعتماد Γ على المسافة إلى الحد يتناسب عكسيًا مع مربع المسافة، بما يتفق مع النظرية. ومن اعتماد Γ على درجة الحرارة قُدّرت الفجوة الطوبولوجية Δ ≈ 4 ميلي إلكترون فولت عند 0 كلفن. ويحدث الانتقال الطوبولوجي عند درجة حرارة T̃_c تعتمد على زاوية الالتواء: فعند 45° تتطابق مع T_c ≈ 86 كلفن، وعند 43° تبلغ 70 كلفن، وعند 40° تبلغ 30 كلفن، أما عند الزاويتين 37° و24° فتغيب الأنماط الحدّية. ويؤدي تطبيق مجال مغناطيسي طولي مقداره 20 غاوس إلى صورة دورية من نطاقات متناوبة ذات لولبية متعاكسة، مما يشير إلى تشكّل شبكة من دوامات جوزيفسون.
يقدّم العمل أول عرض مباشر للأنماط الحدّية الطوبولوجية في كوبرات ملتوٍ، وهو ما يميّزه عن الدراسات السابقة القائمة على قياسات النقل أو النماذج النظرية. وتتيح طريقة الاستشعار الكمومي تقدير الفجوة الطوبولوجية واعتمادها على زاوية الالتواء كميًا، مما يفتح الطريق أمام دراسة منهجية للطوبولوجيا في الموصلات الفائقة الملتوِية. وهذه خطوة مهمة نحو تحقيق الموصلية الفائقة الطوبولوجية عالية الحرارة لأغراض الحوسبة الكمومية.
قد يتطور الموضوع نحو دراسة أكثر تفصيلًا للأنماط الحدّية: بنيتها المكانية، ونسيجها المغزلي، وديناميتها. ومن الممكن بحث تأثير الفوضى وسمك الطبقات وزوايا التواء أخرى. ويبدو واعدًا تطبيق الاستشعار الكمومي على أنظمة ملتوِية أخرى، مثل الجرافين ثنائي الطبقة الملتوِي أو ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية.
ستؤثر النتائج في فيزياء المادة المكثفة والتقنيات الكمومية وعلم المواد. وستجد طريقة القياس المغناطيسي الكمومي المسحي تطبيقًا في دراسة فئة واسعة من مواد مويري.
تشمل الخطوات التالية قياس التيارات الحدّية بدقة مكانية أعلى، ودراسة تأثير المجال المغناطيسي ودرجة الحرارة على النطاقات اللولبية، ومحاولات رصد أنماط ماجورانا في أنظمة مماثلة.
يرتبط العمل مباشرة بمشكلة الموصلية الفائقة الطوبولوجية عالية الحرارة والبحث عن فرميونات ماجورانا من أجل حوسبة كمومية متحملة للأخطاء. كما يسلّط الضوء على آليات الاقتران في الكوبرات ودور تناظر وسيط النظام.
مركز NV في الألماس عيب بحجم ذرة، قادر على الإحساس بالمجال المغناطيسي الصادر عن لف مغزلي إلكتروني واحد على مسافة عشرات النانومترات. وفي هذا العمل أدّى دور «الأذن الكمومية» التي تلتقط ضجيج أشباه الجسيمات المندفعة على حدّ الموصل الفائق.
تتناغم فكرة الحالات الحدّية المحمية طوبولوجيًا مع مفهوم «الجدران العازلة» في الخيال العلمي، كما في الحقول الواقية في رواية «مدينة التباديل» (Permutation City) لغريغ إيغان، حيث تُخزَّن المعلومات في عيوب طوبولوجية في الزمكان.