当一种物质从固态、液态或气态转变为另一种状态时，就会发生相变。在这些相变过程中，系统可以同时显示物质的两种状态。当普通金属转变为超导体时，也会发生类似效应——特性波动，原本属于一种状态的特性被带入另一种状态。哈佛大学科学家们开发了一种基于铋的二维超导体，它只有1纳米厚。通过研究这种超薄材料转变为超导时的波动，科学家们更全面地了解了驱动超导的过程。
由于超导材料经过改进，可以携带近零电阻的电流，因此它几乎可以应用于任何用电技术。哈佛大学科学家们利用这项新技术，对美国能源部阿贡国家实验室的科学家瓦莱里·维诺库，23年前提出的超导体理论进行了实验验证。科学家们感兴趣的一个现象是，当材料转变成超导体时，经过充分研究的霍尔效应发生了完全逆转。当一种正常的非超导材料携带外加电流并受到磁场作用时，就会在该材料上产生电压。
这种正常的霍尔效应使电压指向一个特定的方向，这取决于电场的方向和电流。有趣的是，当材料变成超导体时，霍尔电压反转的迹象。材料的“积极”部分变成了“消极”部分。这是一个众所周知的现象。
然而，尽管霍尔效应长期以来一直是科学家用来研究，使一种材料成为优良超导体电子特性类型的主要工具，但这种反向霍尔效应的成因几十年来一直让科学家们感到神秘，特别是在高温超导体方面，这种效应更强。
杰出学者、理论家维诺库尔及其同事对高温超导体中的这种效应(以及更多)进行了全面描述。该理论考虑了所有相关的驱动力，并且包含了如此多的变量，以至于在实验中测试它似乎是不现实的直到现在。直到现在，维诺库说：我们相信我们真的解决了这些问题，但当时这些公式感觉毫无用处，因为它们包含了许多参数，很难与当时使用现有技术进行的实验进行比较。科学家们知道，反向霍尔效应是磁场中超导材料中突然出现的磁涡流造成。
涡旋是超导电子液体中的奇异点（库柏对），库柏对在其周围流动，产生循环的超导微电流，这给材料中的霍尔效应带来了物理学上的新特性。通常情况下，材料中的电子分布会导致霍尔电压，但在超导体中，涡旋在外加电流的作用下运动，这就产生了电子压差，在数学上与使飞机保持飞行状态的压差相似。这些压差改变了施加电流的方向，就像飞机的机翼改变了空气通过的方向，使飞机上升一样。涡旋运动以不同的方式重新分配电子，使霍尔电压方向与通常的纯电子霍尔电压相反。
此前理论定量地描述了这些涡旋的影响，而这只是定性地理解。现在哈佛大学的科学家们花了5年时间研制出一种新材料，对这一理论进行了验证。这种铋基的薄材料实际上只有一层原子厚度，因此基本上是二维的。它是同类中唯一的一种，一种薄膜高温超导体；这种材料的生产本身就是超导体科学的一项技术突破。哈佛大学研究小组的首席科学家菲利普·金(Philip Kim)说：通过把尺寸从3个缩小到2个，这种材料的性质波动变得更加明显。也更容易研究，创造了一种极端形式的材料。
能够定量地阐述先前提出的理论，该理论的一个预测是，反常的反向霍尔效应可能存在于超导体材料的温度之外。这项研究提供了一个定量描述的效果，完全符合理论预测。在确定涡旋在反向霍尔效应中所起的作用之前，无法可靠地把它用作测量工具。现在我们知道这是正确的，可以用这个理论来研究过渡阶段的其他波动，最终有助于更好地理解超导体。尽管这项研究中的材料是二维的，但科学家们相信该理论适用于所有超导体。
未来的研究将包括对材料的深入研究——涡旋的行为甚至在数学研究中也有应用。旋涡是拓扑对象的例子，或具有独特几何特性的对象。由于它们的形成和变形方式以及它们如何改变材料的性质，目前在数学中是一个热门话题。理论用拓扑学来描述涡旋的行为，而物质的拓扑学性质可以带来许多新物理现象。有时候你会发现一些新奇的东西，但有时候你只是确认，你确实理解了摆在面前日常事物的行为，其研究成果发表在《物理评论快报》上。
