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研究配圖 - 1：人工重費(fèi)米子異質(zhì)結(jié)構(gòu)

從看似普通的材料開始著手，研究人員指出了一種全新的物質(zhì)量子態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)源于其努力創(chuàng)造的一種量子自旋液體，可借此來研究規(guī)范理論等新興量子現(xiàn)象。

具體說來，其涉及單層原子厚度的二硫化鉭制造，并且用到了雙層工藝。當(dāng)研究人員仔細(xì)檢查“島嶼”的結(jié)構(gòu)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)雙層之間的相互作用，引發(fā)了所謂的“近藤效應(yīng)”現(xiàn)象 —— 即導(dǎo)致物質(zhì)產(chǎn)生宏觀糾纏狀態(tài)的費(fèi)米子系統(tǒng)。

研究配圖 - 2：垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的近藤效應(yīng)（共振）

Viliam Vaňo 在接受采訪時(shí)稱，這種新型超薄雙層材料的量子特性，有助于改進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、并推動(dòng)對(duì)超導(dǎo)性和量子臨界性的研究。

所謂“近藤效應(yīng)”，特制磁性雜質(zhì)與電子之間的相互作用，它導(dǎo)致材料的電阻隨溫度而發(fā)生變化。這樣的表現(xiàn)，顯得它們似乎具有更大的質(zhì)量。

于是物理學(xué)家將這些化合物稱作重費(fèi)米子材料，而相關(guān)現(xiàn)象也是含有稀土元素的材料的一項(xiàng)標(biāo)志。

研究配圖 - 3：垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的重費(fèi)米子雜化間隙

在前沿物理學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域，重費(fèi)米子材料都很被看重（包括對(duì)量子材料的研究）。Peter Liljeroth 教授指出，學(xué)界一直想要深入研究復(fù)雜的量子材料，但又往往受到天然化合物特性的阻礙。

為此，他們提出了人工設(shè)計(jì)材料的制造計(jì)劃，特點(diǎn)是能夠很輕松地在外部進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以擴(kuò)大能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下看到的奇異現(xiàn)象的范圍。

以能夠充當(dāng)拓補(bǔ)超導(dǎo)體的重費(fèi)米子材料為例，其可能有助于打造在環(huán)境噪聲和擾動(dòng)影響下更顯穩(wěn)健的量子比特，從而降低量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率。

研究一作、Liljeroth 團(tuán)隊(duì)里的博士生 Viliam Vaňo 解釋稱：能夠在現(xiàn)實(shí)生活中創(chuàng)造的重費(fèi)米子材料系統(tǒng)，可以很輕松地整合到電子設(shè)備中、并在外部進(jìn)行調(diào)整。

值得一提的是，雖然該團(tuán)隊(duì)打造的雙層超薄材料都基于硫化鉭，但兩層的特性卻不盡相同 —— 其中一層表現(xiàn)得更像是金屬，而發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化的另一層，則導(dǎo)致電子被定位到了規(guī)則的晶格中。

A new artificial material mimics quantum entangled rare earth compounds（via）

兩者結(jié)合之下，最終催生了重費(fèi)米子的物理現(xiàn)象出現(xiàn) —— 而任意單獨(dú)一層材料都做不到這點(diǎn)。

展望未來，Liljeroth 團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步探索每個(gè)薄片是如何相對(duì)于另一個(gè)薄片的旋轉(zhuǎn)做出反應(yīng)的，并嘗試修改層之間的耦合、以將材料調(diào)整至能夠產(chǎn)生量子臨界行為。