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人造材料模仿稀土化合物

日期: 2022-07-26
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来源:特合金在线


物理学家创造了一种新的超薄两层材料,具有通常需要稀土化合物的量子特性。

在《自然》杂志上发表的一篇论文中,科学家们解释说,这种相对容易制造且不含稀土金属的材料可以为量子计算提供一个新平台。它还可以帮助推进对非常规超导性和量子临界性的研究。

详细地,研究人员表明,从看似常见的材料开始,可以出现一种全新的物质量子态。

这一发现源于他们创造一种量子自旋液体的努力,他们可以用这种液体来研究新兴的量子现象,例如规范理论。这涉及制造单层原子薄的二硫化钽,但该过程也会产生由两层组成的岛。

当芬兰阿尔托大学的研究小组检查这些岛屿时,他们发现两层之间的相互作用引发了一种称为近藤效应的现象,导致物质的宏观纠缠状态产生重费米子系统。

近藤效应是磁性杂质和电子之间的相互作用,导致材料的电阻随温度变化。这导致电子表现得好像它们具有更大的质量,导致这些化合物被称为重费米子材料。这种现象是含有稀土元素的材料的标志。

重费米子材料在包括量子材料研究在内的前沿物理学的多个领域都很重要。

“研究复杂的量子材料受到天然化合物特性的阻碍,”该研究的合著者Peter Liljeroth在一份媒体声明中说。“我们的目标是生产可以在外部轻松调整和控制的人造设计师材料,以扩大可以在实验室中实现的奇异现象的范围。”

例如,Liljeroth提到重费米子材料可以充当拓扑超导体,这可能有助于构建对环境噪声和扰动更加稳健的量子比特,从而降低量子计算机的错误率。

Liljeroth小组的博士生、该论文的主要作者Viliam Vaňo说:“在现实生活中创造这种材料将极大地受益于重费米子材料系统,该材料系统可以很容易地集成到电子设备中并进行外部调谐。”

Vaňo解释说,尽管新材料中的两层都是硫化钽,但它们的性质存在细微但重要的差异。一层表现得像金属,传导电子,而另一层具有结构变化,导致电子被定位到规则晶格中。两者的结合导致了重费米子物理学的出现,这两个层都没有单独表现出来。

这种新的重费米子材料还为探测量子临界性提供了强大的工具。

该研究的合著者何塞·拉多说:“当材料开始从一种集体量子态转移到另一种集体量子态时,例如,从常规磁铁向纠缠的重费米子材料,该材料可以达到量子临界点。”.“在这些状态之间,整个系统至关重要,对最轻微的变化反应强烈,并为设计更奇特的量子物质提供了一个理想的平台。”

在Liljeroth看来,这些发现有助于未来探索系统如何对每个薄片相对于另一个薄片的旋转做出反应,并尝试修改层之间的耦合以将材料调整为量子临界行为。



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