研究人員創(chuàng)造了一種模擬稀土化合物的宏觀量子糾纏態(tài)

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(duì)容易制造且不含稀土金屬的材料可以為量子計(jì)算提供一個(gè)新平臺(tái)，并推進(jìn)對(duì)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(guò)從看似普通的材料開(kāi)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(lái)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(jí)薄的二硫化鉭，但該過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生由兩層組成的島。

當(dāng)研究小組檢查這些島嶼時(shí)，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(fèi)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(fèi)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(fèi)米子材料在前沿物理學(xué)的幾個(gè)領(lǐng)域都很重要，包括對(duì)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(jì)的材料，這些材料可以很容易地在外部進(jìn)行調(diào)整和控制，以擴(kuò)大可以在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)的奇異現(xiàn)象的范圍，”Peter Liljeroth教授說(shuō)。

例如，重費(fèi)米子材料可以充當(dāng)拓?fù)涑瑢?dǎo)體，這可能有助于構(gòu)建對(duì)環(huán)境噪聲和擾動(dòng)更穩(wěn)健的量子比特，從而降低量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率。Liljeroth 小組的博士生、該論文的第一作者Viliam Vaňo解釋說(shuō)：“在現(xiàn)實(shí)生活中創(chuàng)造這個(gè)可以從重費(fèi)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(jìn)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(xì)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(fèi)米子物理學(xué)的出現(xiàn)，這兩個(gè)層都沒(méi)有單獨(dú)表現(xiàn)出來(lái)。

這種新的重費(fèi)米子材料還為探測(cè)量子臨界性提供了強(qiáng)大的工具。何塞·拉多教授解釋說(shuō)：“當(dāng)材料開(kāi)始從一種集體量子態(tài)移動(dòng)到另一種集體量子態(tài)時(shí)，例如，從普通磁鐵移動(dòng)到糾纏的重費(fèi)米子材料時(shí)，它就會(huì)達(dá)到量子臨界點(diǎn)。”“在這些狀態(tài)之間，整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要，對(duì)最輕微的變化做出強(qiáng)烈反應(yīng)，并為設(shè)計(jì)更奇特的量子物質(zhì)提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。”

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