科學家發現了曾經被認為不可能實現的新型物質量子態

物質的量子態出現在物理學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現，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。

該態被描述為拓撲半金屬相，理論上預測會出現在低溫下在由鈰、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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本研究的情節轉折在于，量子臨界性可能導致被認為由粒子相互作用定義的態，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。”他說物理學家思啟苗，來自美國萊斯大學。

“我們的研究表明，強大的量子效應可以結合起來創造全新的事物，這可能有助于塑造量子科學的未來。”

在物理學中，拓撲學指的是材料結構的幾何形狀.特定的拓撲態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。

理解拓撲態通常需要將性質拼接成粒子樣映射，而在量子臨界狀態下，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。將它們結合起來，可能會產生一類具有強烈靈敏度的新型材料量子響應以及可靠的穩定性。

當研究人員冷卻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在攜帶電流的電子中。本質上，電流是側向彎曲的。

研究人員認為，這是拓撲效應的明確信號。霍爾效應通常需要磁場以偏轉電子，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。”他說維也納工業大學的物理學家西爾克·比勒-帕申.

更重要的是，科學家們發現，材料在電子分布最不穩定的地方，拓撲效應最為明顯;量子臨界漲落實際上穩定了新發現的相位。

還有更多工作要做。研究人員想看看這是否量子態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構，以及實現這一目標所需的精確條件。

“這些發現通過證明強電子相互作用可以產生拓撲態而非摧毀它們，彌補了凝聚態物理學中的空白。”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。”

“知道該搜索什么，讓我們能更系統地探索這一現象，”他說補充.

“這不僅僅是理論上的洞見，更是邁向開發真正利用量子物理最深層原理的技術的一步。”

該研究已發表于自然物理.

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