科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了曾經(jīng)被認為不可能實現(xiàn)的新型物質(zhì)量子態(tài)

物質(zhì)的量子態(tài)出現(xiàn)在物理學(xué)家認為不可能存在的材料中，迫使人們重新思考決定某些材料中電子行為的條件。

這一由國際研究團隊完成的發(fā)現(xiàn)，有望推動量子計算的進展，提高電子效率，并增強傳感和成像技術(shù)。

該態(tài)被描述為拓撲半金屬相，理論上預(yù)測會出現(xiàn)在低溫下在由鈰、釹和錫組成的材料中（CeRu₄Sn₆），在實驗證實其存在之前。

在極低溫度下，CeRu₄Sn₆地表量子臨界性,一個材料在相變之間搖擺不定的點，條件極冷，量子漲落占主導(dǎo)地位，實際上將材料變成一灘波浪，而非粒子霧氣。

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本研究的情節(jié)轉(zhuǎn)折在于，量子臨界性可能導(dǎo)致被認為由粒子相互作用定義的態(tài)，例如電子作為離散電荷載流子的行為。

“這是一個根本性的進步。”他說物理學(xué)家思啟苗，來自美國萊斯大學(xué)。

“我們的研究表明，強大的量子效應(yīng)可以結(jié)合起來創(chuàng)造全新的事物，這可能有助于塑造量子科學(xué)的未來?！?/p>

在物理學(xué)中，拓撲學(xué)指的是材料結(jié)構(gòu)的幾何形狀.特定的拓撲態(tài)可以保護粒子的屬性，不同于鄰近粒子之間可能相互碰撞和干擾行為的方式。

理解拓撲態(tài)通常需要將性質(zhì)拼接成粒子樣映射，而在量子臨界狀態(tài)下，材料并不被認為具備這些屬性。

量子臨界性和拓撲在材料中因不同原因而有用。將它們結(jié)合起來，可能會產(chǎn)生一類具有強烈靈敏度的新型材料量子響應(yīng)以及可靠的穩(wěn)定性。

當(dāng)研究人員冷卻CeRu時₄Sn₆接近絕對零度并施加電荷后，他們觀察到了一種被稱為霍爾效應(yīng)在攜帶電流的電子中。本質(zhì)上，電流是側(cè)向彎曲的。

研究人員認為，這是拓撲效應(yīng)的明確信號?；魻栃?yīng)通常需要磁場以偏轉(zhuǎn)電子，但此時沒有磁場。相反，水流的路徑是由材料中固有的某種東西塑造的。

“這是關(guān)鍵的洞見，使我們能夠毫無疑問地證明，主流觀點必須被修正?！?a>他說維也納工業(yè)大學(xué)的物理學(xué)家西爾克·比勒-帕申.

更重要的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，材料在電子分布最不穩(wěn)定的地方，拓撲效應(yīng)最為明顯;量子臨界漲落實際上穩(wěn)定了新發(fā)現(xiàn)的相位。

還有更多工作要做。研究人員想看看這是否量子態(tài)可以在其他材料中找到，以確定其普遍性。

他們還想仔細研究這里觀察到的拓撲結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)這一目標(biāo)所需的精確條件。

“這些發(fā)現(xiàn)通過證明強電子相互作用可以產(chǎn)生拓撲態(tài)而非摧毀它們，彌補了凝聚態(tài)物理學(xué)中的空白?！?a>他說是的。

“此外，它們揭示了一種具有重大實際意義的新量子態(tài)?！?/p>

“知道該搜索什么，讓我們能更系統(tǒng)地探索這一現(xiàn)象，”他說補充.

“這不僅僅是理論上的洞見，更是邁向開發(fā)真正利用量子物理最深層原理的技術(shù)的一步?！?/p>

該研究已發(fā)表于自然物理.

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