有一個全新的量子世界，就隱藏在絕緣體中。最近科學家意外在絕緣體內發現了量子振蕩，這原本是屬於金屬的獨有現象，可能暗指其中有新的量子粒子存在。
金屬與絕緣體的差異相當明顯，基本來講，金屬導電，絕緣體則不導電，從分子角度來看，這取決於電子在材料中的自由移動方式：由於金屬原子容易失去外層電子，因此晶體外面有一層電子云，這也是金屬作為電與熱良導體的原因；絕緣體則是種能阻礙電荷流動的材料，玻璃、紙、聚四氟乙烯等材料都是非常好的電絕緣體。
長期以來，科學家都認為量子振蕩是點出金屬與絕緣體之間差異的指標。在金屬中，電子具高度移動性，電阻率（抗導電性）很弱，而約一個世紀前，研究人員觀察到當處於磁場與極低溫環境下，電子會從「經典」態轉變為量子狀態，從而引起金屬量子振蕩（quantum oscillation）；相比之下，在絕緣體中電子無法移動，加上材料電阻率非常高，因此無論施加多少磁場強度，都不會發生量子振蕩。
然而當美國普林斯頓大學團隊在研究二碲化鎢（ungsten ditelluride，縮寫WTe2）這種材料時，意外發生了。
研究人員將二碲化鎢逐漸刮至單原子薄層，發現厚的二碲化鎢材料行為類似金屬，但當轉為單層時卻會變成超堅固絕緣體；接著研究人員著手測量單層二碲化鎢在磁場下的電阻率，發現絕緣體的電阻率雖然還是很大，但隨著磁場增加開始出現振蕩，表現出金屬最顯著的量子特性，也就是轉變為量子態。
這項發現讓人太過驚訝，因為目前沒有理論可解釋該現象。普林斯頓大學物理系助理教授Sanfeng Wu對此提出一個大膽假設：也許有一種新的量子物質從中誕生，且最後不是電子在振蕩，而是稱為「中性費米子」的新型粒子借相互作用非常強的電子產生，並帶來相當出色的量子效應。
在量子材料中，帶電的費米子可以是帶負電的電子或帶正電的電洞，負責導電，換句話說如果該材料是電絕緣體，則這些帶電的費米子無法自由移動。但是從理論上講，不帶負電荷也不帶正電荷的中性粒子可以在絕緣體中存在並移動。實驗結果與所有帶電荷費米子的理論都相牴觸，唯有中性費米子能解釋。
如果這項實驗數據沒有失誤，則未來可能發現更多同樣具有量子特性的絕緣體，一個隱藏在絕緣體中的全新量子世界。團隊表示還需要更多實驗來驗證是否真的存在中性費米子，或尋找其他也能解釋的現有理論。
新論文發布在《自然》（Nature）期刊。
（首圖來源：普林斯頓大學）