物理學(xué)家創(chuàng)造了一種新的超薄兩層材料，具有通常需要稀土化合物的量子特性。這種相對容易制造且不含稀土金屬的材料可以為量子計算提供一個新平臺，并推進對非常規(guī)超導(dǎo)性和量子臨界性的研究。
研究人員表明，通過從看似普通的材料開始，可以出現(xiàn)一種全新的物質(zhì)量子態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)源于他們努力創(chuàng)造一種量子自旋液體，他們可以用它來研究規(guī)范理論等新興量子現(xiàn)象。這涉及制造單層原子級薄的二硫化鉭，但該過程還會產(chǎn)生由兩層組成的島。
當(dāng)研究小組檢查這些島嶼時，他們發(fā)現(xiàn)兩層之間的相互作用引發(fā)了一種稱為近藤效應(yīng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致物質(zhì)宏觀糾纏狀態(tài)產(chǎn)生重費米子系統(tǒng)。
近藤效應(yīng)是磁性雜質(zhì)和電子之間的相互作用，導(dǎo)致材料的電阻隨溫度變化。這導(dǎo)致電子表現(xiàn)得好像它們具有更大的質(zhì)量，導(dǎo)致這些化合物被稱為重費米子材料。這種現(xiàn)象是含有稀土元素的材料的標(biāo)志。
重費米子材料在前沿物理學(xué)的幾個領(lǐng)域都很重要，包括對量子材料的研究。'研究復(fù)雜的量子材料受到天然化合物特性的阻礙。我們的目標(biāo)是生產(chǎn)人工設(shè)計的材料，這些材料可以很容易地在外部進行調(diào)整和控制，以擴大可以在實驗室中實現(xiàn)的奇異現(xiàn)象的范圍，”Peter Liljeroth教授說。
例如，重費米子材料可以充當(dāng)拓撲超導(dǎo)體，這可能有助于構(gòu)建對環(huán)境噪聲和擾動更穩(wěn)健的量子比特，從而降低量子計算機的錯誤率。Liljeroth 小組的博士生、該論文的第一作者Viliam Vaňo解釋說：“在現(xiàn)實生活中創(chuàng)造這個可以從重費米子材料系統(tǒng)中受益匪淺，該系統(tǒng)可以很容易地整合到電子設(shè)備中并進行外部調(diào)整。”
盡管新材料中的兩層都是硫化鉭，但它們的特性存在細微但重要的差異。一層表現(xiàn)得像金屬，傳導(dǎo)電子，而另一層則發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致電子定位到規(guī)則的晶格中。兩者的結(jié)合導(dǎo)致了重費米子物理學(xué)的出現(xiàn)，這兩個層都沒有單獨表現(xiàn)出來。
這種新的重費米子材料還為探測量子臨界性提供了強大的工具。何塞·拉多教授解釋說：“當(dāng)材料開始從一種集體量子態(tài)移動到另一種集體量子態(tài)時，例如，從普通磁鐵移動到糾纏的重費米子材料時，它就會達到量子臨界點。”“在這些狀態(tài)之間，整個系統(tǒng)至關(guān)重要，對最輕微的變化做出強烈反應(yīng)，并為設(shè)計更奇特的量子物質(zhì)提供了一個理想的平臺。”
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