来自芝加哥大学的三位科学家对这些数据进行了分析，他们认为可能有一种方法可以制造出一种既能导电又能100%高效的材料——不会因为热量或摩擦而损失任何能量。
这一突破发表在2月18日的《物理评论B》杂志上，它为一种全新类型的物质提供了一个框架，这可能在现实世界中具有非常有用的技术应用。虽然这一预测是基于理论，但人们正在努力进行实验验证。
“我们开始试图回答一个非常基本的问题，看看它是否可能——我们认为这两个性质可能在一种材料中不相容，”合著者兼研究顾问、詹姆斯·弗兰克研究所(James Franck Institute)的化学教授、分子电子结构专家戴维·马齐奥蒂(David Mazziotti)说。“但令我们惊讶的是，我们发现这两种状态实际上在量子层面上纠缠在一起，因此相互加强。”
由于每年有不计其数的能源从输电线、发动机和机械中流失，科学家们渴望找到更有效的替代能源。“在许多方面，这是21世纪最重要的问题——如何以最小的损失产生和输送能量，”马齐奥蒂说。
我们已经知道超导体(一种可以永远导电且几乎零损耗的材料)存在了一个多世纪。但直到最近几年，科学家们才在实验室里成功地制造出一种类似的物质，这种物质可以在几乎零损耗的情况下传导能量，这种物质被称为激子凝聚。
但是超导体和激子凝聚体都是制造和保持功能的棘手材料，部分原因是科学家们不完全了解它们的工作原理，而且它们背后的理论也不完整。然而，我们确实知道，两者都涉及量子物理的作用。
芝加哥大学的研究生LeeAnn Sager开始思考这两种状态是如何在同一材料中产生的。Mazziotti的小组专门研究材料和化学物质的性质和结构，因此她开始将不同的组合插入计算机模型。她说:“我们研究了许多可能性，然后让我们吃惊的是，我们发现了一个地区，在那里两个国家可以共存。”
看起来，在正确的结构下，这两种状态实际上是纠缠在一起的——在这种量子现象中，系统之间是无形地联系在一起的。这对传统的两种状态无关的观点提出了挑战，并可能为双激子和费米子对凝聚开辟新的领域。
他们用一些高等数学证明，由于量子纠缠，双凝聚态在理论上甚至在肉眼可见的宏观尺度下也应该存在。
“这意味着这样的冷凝物可以在新材料中实现，比如双层超导体，”Sager说。
科学家们正与实验小组合作，看看能否在真实材料中实现这一预测。
博士后研究员、论文的第三作者Shiva Safaei说:“能够将超导性和激子凝聚物结合在一起，这对于电子、自旋电子学、量子计算等许多应用领域都将是惊人的。”“虽然这是第一步，但看起来非常有希望。”
引文:“激子和费米对凝聚的潜在共存。“Sager, Safaei和Mazziotti, Phys Rev B Rapid Communication, 2020年2月18日。”DOI: 10.1103 / PhysRevB.101.081107 https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.081107
资助:国家科学基金会，美国陆军研究办公室。