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微信掃一掃，我知道了普林斯頓物理學家發現了一個令人驚訝的現象，他們在一種由鎢製成的絕緣體中觀察到了量子振蕩。這種現象通常在金屬而不是絕緣體中觀察出現。
該發現為我們理解量子世界提供了新的見解，也暗示了一種全新的量子粒子的存在。
這一發現還挑戰了金屬和絕緣體之間長期存在的區別，因為在既定的材料量子理論中，絕緣體被認為不能經歷量子振蕩。
該研究已發表在《自然》上。
研究人員表示，如果解釋正確，那麼將發現一種全新形式的量子物質。
對量子振蕩的觀察長期以來被認為是金屬和絕緣體之間差異的標誌。在金屬中，電子是高度可移動的，因為電阻很弱。
近一個世紀前，研究人員觀察到，磁場加上非常低的溫度，可以導致電子從「典型」狀態轉移到量子狀態，導致金屬電阻率的振蕩。
相比之下，在絕緣體中，電子不能移動，材料具有非常高的電阻率，因此無論施加的磁場強度如何，這種量子振蕩都不太可能發生。
這項發現是在研究人員研究一種叫做鎢二碲鎘汞的材料時發現的，他們將這種材料製成了二維材料。他們通過使用標準透明膠帶來逐漸剝離或「刮削」這些層，直到製成所謂的單層，即單原子薄層，從而製備出這種材料。
厚鎢二碲鎘汞表現得像金屬一樣。但是一旦轉化成單層，就變成了非常堅固的絕緣體。
研究人員表示「這種材料有許多特殊的量子特性。」
然後，研究人員開始測量磁場下單層鎢二碲鎘汞的電阻率。令他們驚訝的是，儘管絕緣體的電阻率很大，但隨著磁場的增加，它開始振蕩，這表明它進入了量子狀態。
這種材料，一種非常堅固的絕緣體居然表現出了金屬最顯著的量子特性。
研究人員對這一現象也很不解，並表示目前沒有理論來解釋這一現象。
儘管如此，團隊提出了一個頗具挑釁性的假設，存在一種帶中性電荷的量子物質。研究人員稱「由於非常強的相互作用，電子正在組織自己產生這種新的量子物質」。
研究人員認為，最終振蕩的不是電子，而是被他們稱為「中性費米子」的新粒子，這些粒子是從這些強相互作用的電子中誕生的，並產生這種非常顯著的量子效應。
費米子是包含電子的一類量子粒子。在量子材料中，帶電的費米子可以是負責導電的負電荷電子或正電荷「空穴」。也就是說，如果材料是電絕緣體，這些帶電費米子就不能自由移動。
然而，中性粒子——也就是說，既沒有帶負電也沒有帶正電——理論上可能存在於絕緣體中並在絕緣體中運動。
研究人員稱雖然「實驗結果與所有基於帶電費米子的現有理論相衝突，但可以用電荷中性費米子來解釋。」
普林斯頓團隊計劃進一步研究鎢二碲鎘汞的量子特性。他們特別感興趣的是驗證他們的假設——關於新量子粒子的存在——是否成立。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03084-9
https://phys.org/news/2021-01-discovery-quantum-behavior-insulators-particle.html
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