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研究人员首次发现了难以捉摸的量子态的实验证据

一组研究人员在二维拓扑轴子反铁磁体中发现了“层霍尔效应”。

发表在《自然》杂志上,这项工作被认为是第一个实验证据这种类型的量子态,可以一天帮助产生磁电效应,可能导致下一代的电子设备、传感器、探测器和内存使用磁条存储的设备,如信用卡。

“Axion绝缘体是一种新的量子态,具有真正令人兴奋的量子特性。哈佛大学化学助理教授、该报告的主要作者徐苏阳(Suyang Xu)说。“很长一段时间以来,研究人员一直在寻找能够实现这种状态的材料。最后,我们找到了一个好的!”

这项新研究是由哈佛大学和美国其他大学以及国外的研究人员完成的,研究重点是弱相互作用的粒子,即轴子。理论学家在30多年前就提出了这一假设,它们是暗物质的主要候选者之一。暗物质是一种神秘的物质形式,被认为占宇宙的85%。研究人员创建了一个名为拓扑轴子绝缘体的实验平台,可以让他们研究轴子粒子的行为和它们神秘的特性。最近有人提出,轴子可以在固态材料中实现为准粒子,如量子拓扑轴子绝缘体。

研究人员设计了由碲化锰铋(MnBi2Te4)制成的量子器件。这种材料被分层成二维晶体结构。

“我们使用先进的制造技术将材料薄到只有几纳米,并使其成为某种量子设备。然后我们测量了在非常低的温度下的电子行为。”

研究人员发现了他们称之为“层霍尔效应”的现象,即在没有施加磁力的情况下,来自顶层和底层的电子会自发地向相反的方向缺陷。在标准霍尔效应中,是一种磁力引起系统中电子的运动,而在这里则是由于材料的固有拓扑结构。

研究人员认为,这一层霍尔效应标志着一种拓扑的轴子绝缘状态,可以通过施加电场和磁场(一种称为轴子场的力)来控制。他们计划进一步研究该系统的动力学,并确定可能导致技术飞跃的磁电效应。

徐说:“我们的下一个目标是直接演示量化磁电效应,它可以用来实现下一代极其健壮、精确和超快的记忆。”

文章旨在传播新闻信息,原文请查看https://news.harvard.edu/gazette/story/newsplus/researchers-find-first-experimental-evidence-of-new-quantum-state/