科学家发现了曾经被认为不可能实现的新型物质量子态

物质的量子态出现在物理学家认为不可能存在的材料中，迫使人们重新思考决定某些材料中电子行为的条件。

这一由国际研究团队完成的发现，有望推动量子计算的进展，提高电子效率，并增强传感和成像技术。

该态被描述为拓扑半金属相，理论上预测会出现在低温下在由铈、钕和锡组成的材料中（CeRu₄Sn₆），在实验证实其存在之前。

在极低温度下，CeRu₄Sn₆地表量子临界性,一个材料在相变之间摇摆不定的点，条件极冷，量子涨落占主导地位，实际上将材料变成一滩波浪，而非粒子雾气。

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本研究的情节转折在于，量子临界性可能导致被认为由粒子相互作用定义的态，例如电子作为离散电荷载流子的行为。

“这是一个根本性的进步。”他说物理学家思启苗，来自美国莱斯大学。

“我们的研究表明，强大的量子效应可以结合起来创造全新的事物，这可能有助于塑造量子科学的未来。”

在物理学中，拓扑学指的是材料结构的几何形状.特定的拓扑态可以保护粒子的属性，不同于邻近粒子之间可能相互碰撞和干扰行为的方式。

理解拓扑态通常需要将性质拼接成粒子样映射，而在量子临界状态下，材料并不被认为具备这些属性。

量子临界性和拓扑在材料中因不同原因而有用。将它们结合起来，可能会产生一类具有强烈灵敏度的新型材料量子响应以及可靠的稳定性。

当研究人员冷却CeRu时₄Sn₆接近绝对零度并施加电荷后，他们观察到了一种被称为霍尔效应在携带电流的电子中。本质上，电流是侧向弯曲的。

研究人员认为，这是拓扑效应的明确信号。霍尔效应通常需要磁场以偏转电子，但此时没有磁场。相反，水流的路径是由材料中固有的某种东西塑造的。

“这是关键的洞见，使我们能够毫无疑问地证明，主流观点必须被修正。”他说维也纳工业大学的物理学家西尔克·比勒-帕申.

更重要的是，科学家们发现，材料在电子分布最不稳定的地方，拓扑效应最为明显;量子临界涨落实际上稳定了新发现的相位。

还有更多工作要做。研究人员想看看这是否量子态可以在其他材料中找到，以确定其普遍性。

他们还想仔细研究这里观察到的拓扑结构，以及实现这一目标所需的精确条件。

“这些发现通过证明强电子相互作用可以产生拓扑态而非摧毁它们，弥补了凝聚态物理学中的空白。”他说是的。

“此外，它们揭示了一种具有重大实际意义的新量子态。”

“知道该搜索什么，让我们能更系统地探索这一现象，”他说补充.

“这不仅仅是理论上的洞见，更是迈向开发真正利用量子物理最深层原理的技术的一步。”

该研究已发表于自然物理.

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