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撰文

汤姆·加林豪斯（TomGarlinghouse）

翻译

董婉瑜

审校

王昱

在一项惊人的发觉中，普林斯顿的物理学家从一种名为二碲化钨的物资制成的绝缘体中视察到了意料不到的量子做为。这类表象被称为量子震撼，只存在于金属中，而绝缘体中是一般视察不到量子震撼的。这项发觉为咱们对量子寰宇的懂得供应了新视角，同时也代表大概存在一种崭新表率的量籽粒子。

这一发觉挑战了不停以来公认的金属与绝缘体的差别，由于现有的材料量子理论觉得，绝缘体是不该该存在量子震撼的。

“假若咱们的推断是准确的，那末咱们当前的便是一种崭新气象的量子物资。”近来在《当然》杂志上详细讲解这一新发觉的紧要做家，普林斯顿大学辅助讲解吴三丰（SanfengWu）说道。“咱们假想，绝缘体中存在一个崭新的量子寰宇，可是以前几十年来咱们都没有辨认到它。”

不停以来，人们都觉得可否视察到量子震撼是金属与绝缘体的标识性差别。在金属中，电子能够解放挪动，电阻率（电传导时碰到的阻力）很低。近多年前，科学家就发觉，极低的温度加之磁场的效用，能够使电子从普通形态变为量子态，进而引发电阻率的震撼。比拟之下，在绝缘体中，材料电阻率很高，电子不能挪动，是以不论施加任何强度的磁场，都不该该呈现这类量子震撼。

这项发觉是科学家在探索一种叫做二碲化钨的材料时得到的。他们将二碲化钨制成了二维材料，法子是用罕见的透亮胶带将材料一层一层剥落，“剃”成一层单原子薄片。厚的二碲化钨性质像金属，而一旦被制成单层，就会变为一种强绝缘体。

“这类材料有很多特别的量子性格。”吴三丰说。

随后，探索人员发端丈量二碲化钨在磁场下的电阻率。出乎预见的是，即使绝缘体的电阻率相当大，但跟着磁场增长，它的电阻率发端震撼，解说它变为了量子态。没错，这类强绝缘材料，展现出了本该当是金属私有的、最显著的量子性格。

“这统统超过咱们预见。”吴三丰说。“咱们问本人‘到底怎样回事？’咱们此刻也没有统统懂得。”他指出，方今还没有任何理论能够解说这一表象。

即使如斯，吴三丰和他的共事提议了一个激进的假说：存在一种电中性的新式量子物资。“由于特别强的彼此效用，电子正在布局起来，构成这类新式量子物资。”

但终究构成震撼的不是电子，吴三丰说。相悖，他们觉得在电子强壮的彼此效用下构成了一种新式粒子，他们称之为“中性费米子”，而中性费米子构成了显著的量子效应。

费米子是包罗电子在内的一类量籽粒子。在量子材猜中，带电的费米子可所以带负电的电子，也可所以带正电的空穴（hole），它们都负责电传导。也便是说，假若材料是电绝缘体，那末这些带电费米子就不能解放挪动。但是，理论上，不带正电或负电的中性粒子有大概存在于绝缘体中并能解放挪动。

“咱们的尝试结局与悉数基于带电费米子的理论争持。”论文的协同第一做家，博士后探索辅助王鹏杰（PengjieWang）说。“但假若存在中性费米子，就能够解说得通。”

普林斯顿的团队安排进一步探索二碲化钨的量子性格。他们特别想晓得本人的假定可否设立，即可否果真考证新式量籽粒子的存在。

“这可是一个发端。”吴三丰说。“假若咱们没有失足的话，那末他日的探索者也会从其余绝缘体中发觉这类惊人的量子性格。”

即使对这项新探索的结局惟有开端的解说，吴三丰曾经在思虑这类表象该何如投入理论运用中。

“他日中性费米子大概会用在量子策画中，用于编码讯息。”他说。“但与此同时，咱们对这类量子表象的懂得还处于特别初期的阶段，因此再有很多原形性质有待发觉。”