物理學家創造了一種新的超薄兩層材料，這種材料具有量子特性，通常需要稀土化合物。來源：Heikka Valja
物理學家創造了一種新的超薄雙層材料，這種材料具有量子特性，通常需要稀土化合物。這種材料相對容易製造，不含稀土金屬，可以為量子計算提供一個新的平臺，並推進非常規超導和量子臨界的研究。
研究人員表明，從看似普通的材料開始，一種全新的物質量子態就會出現。這一發現來自於他們創造量子自旋液體的努力，他們可以用這種液體來研究湧現的量子現象，如規範理論。這需要製造一層原子級薄的鉭二硫化，但這個過程也會產生由兩層組成的島嶼。
當研究小組檢查這些島嶼時，他們發現兩層之間的相互作用引發了一種被稱為近藤效應的現象，導致物質的宏觀糾纏態產生了重費米子系統。
近藤效應是磁性雜質和電子之間的相互作用，它會導致材料的電阻隨著溫度的變化而變化。這導致電子錶現出似乎它們有更多的質量，導致這些化合物被稱為重費米子材料。這種現象是含有稀土元素的材料的標誌。
重費米子材料在包括量子材料研究在內的幾個前沿物理領域中佔有重要地位。“研究複雜的量子材料受到自然存在的化合物的特性的阻礙。我們的目標是生產人工設計材料，可以很容易地調整和控制外部，以擴大可以在實驗室實現的奇異現象的範圍，”Peter Liljeroth教授說。
例如，重費米子材料可以作為拓撲超導體，這可能有助於構建對外界噪聲和擾動更穩健的量子位元，減少量子計算機的錯誤率。Liljeroth團隊的博士生、論文的主要作者Viliam Vaňo解釋說：“在現實生活中創造這樣的東西，將極大地受益於有一個重費米子材料系統，它可以很容易地整合到電子裝置中，並在外部調諧。”
雖然新材料的兩層都是硫化鉭，但它們的性質有細微但重要的區別。其中一層表現得像金屬，傳導電子，而另一層的結構發生了變化，導致電子局域化到規則晶格中。兩者的結合導致了重費米子物理的出現，這兩層都沒有單獨表現出來。
這種新的重費米子物質也為探測量子臨界提供了有力的工具。何塞·拉多教授解釋說：“當這種材料開始從一個集體量子態移動到另一個量子態時，它可以達到量子臨界點，例如，從一個普通的磁鐵向一個糾纏的重費米子材料移動。”“在這些狀態之間，整個系統是至關重要的，對最輕微的變化反應強烈，並提供了一個理想的平臺來設計更奇異的量子物質。”
“在未來，我們將探索系統如何對每一層相對於另一層的旋轉作出反應，並嘗試修改層之間的耦合，以調整材料的量子臨界行為，”Liljeroth說。