一种新人工材料可模拟量子嵌入稀土化合物

Viliam Vaňo和他的同事研发了一种新的人工材料可模拟量子嵌入稀土化合物，这种材料具有通常需要稀土化合物的量子特性，可以改进量子计算机，并推动对超导和量子临界的研究。

这种量子嵌入稀土化合物相对容易制造，可以为量子计算提供一个新的平台，并推动对非常规超导性和量子临界性的研究。

研究人员表明，通过从看似普通的材料开始，可以出现一个全新的物质量子状态。这一发现源于他们创造量子自旋液体的努力，他们可以用这种液体来研究出现的量子现象，如规整理论。这涉及到制造一个单层的原子级薄的二硫化钽，但这个过程也创造了由两层组成的区域。

当研究小组检查这些区域时，他们发现两层之间的相互作用诱发了一种被称为Kondo效应的现象，导致物质的宏观纠缠状态产生了一个重费米子系统（heavy-fermion system）。

Kondo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一个标志。

“重费米子材料在前沿物理学的几个领域都很重要，包括对量子材料的研究。研究复杂的量子材料受阻于自然发生的化合物的特性。我们的目标是生产可以随时调整和控制的人工设计材料，以扩大可以在实验室实现的独特现象，”彼得-利耶罗教授（Peter Liljeroth）说。

例如，重费米子材料可以充当拓扑超导体，这对于构建对噪音和环境扰动更稳定的量子比特是很有用的，可以降低量子计算机的错误率。Liljeroth小组的博士生、该论文的第一作者Viliam Vaňo解释说：“在现实生活中创造这一点将极大地受益于拥有一个重费米子材料系统，它可以很容易地被纳入电气设备并在外部进行调整。“

尽管新材料中的两层都是硫化钽，但它们的特性存在着微妙但重要的差异。一个层的行为像金属一样，传导电子，而另一个层有一个结构变化，导致电子被定位到一个规则的晶格中，两者的结合导致了重费米子物理学的出现。

这种新的重费米子材料也为探测量子临界点提供了一个强有力的工具。何塞-拉多教授解释说：“当材料开始从一个集体量子状态转移到另一个集体量子状态时，可以达到一个量子临界点，例如，从一个普通的磁铁转移到一个纠缠的重费米子材料。在这些状态之间，整个系统是临界的，对最轻微的变化都有强烈的反应，并提供了一个理想的平台来设计更多的独特量子物质。”

“除了近期研发的量子嵌入稀土化合物，在未来，我们还将探索该系统如何对每个分子层相对于另一个分子层旋转作出的反应，并尝试修改各个分子层之间的耦合，将材料调整为量子临界行为，”Liljeroth说。

• < 上页
• 下页 >