包括两名佐治亚理工学院研究人员在内的一群物理学家发现了一种新的量子态。研究，发表在杂志上自然，发现了沿着八面体细胞边缘流动的新型环状电流锰 three硅 twoTe公司 six ,这使得材料的导电性增加了十亿分之十。这些发现可能会为量子器件和超导体带来一种新的范式。

该团队由佐治亚理工大学理论物理学家萨米·哈卡尼（Sami Hakani）和伊塔玛尔·金奇（Itamar Kimchi），以及实验物理学家冯冶（橡树岭国家实验室）、兰斯·德隆（肯塔基大学）和科罗拉多大学博尔德分校的曹刚（Gang Cao）、倪一飞（Yifei Ni）、张瑜（Yu Zhang）和赵恒迪（Hengdi Zhao）组成。该小组是在他们之前的研究调查了同样的材料。

佐治亚理工学院研究生哈卡尼（Hakani）说：“因为这些材料不适合任何现有的模型，我们必须开发新的想法来理解它。”哈卡尼在发展这一理论中发挥了关键作用。“这些新想法将帮助我们研究可用于下一代磁场设备的相关材料。”

规则的例外

物理学家首先对锰 three硅 twoTe公司 six由于其独特的电气特性，特别是一种称为超大磁电阻效应 ,当施加磁场时，材料导电性的极大增强。

在大多数材料中，施加磁场不会改变材料的导电性。然而，在另一类材料中，施加磁场确实会改变电导率；这个叫做磁电阻 ,它可以扩展到电导率的“巨大”和“巨大”变化。在以下情况下超大磁电阻效应 ,一种材料可以从像绝缘体（像聚苯乙烯泡沫塑料）一样的性能转变为像金属线一样的导电性能。

这种变化并不罕见。材料展示巨磁电阻通常用于计算机；然而，在所有这些已知的材料中，材料并不会以很大程度上取决于外加磁场方向的方式改变其行为。这种新型三聚体蜂窝材料确实如此。

佐治亚理工大学物理学院的理论物理学家兼助理教授Kimchi说：“这种现象无视所有现有的理论模型和实验先例。”这就是他和Hakani的用武之地。

揭开回路电流

Kimchi说：“作为理论物理学家，我们开发了新的数学模型。”。“当从质量上很难理解实验数据中的任何东西是如何有意义的时，当有一些从质量上令人震惊的东西时，我们会尝试给出基本的图片。”

Hakani和Kimchi利用实验物理学家发现的信息，着手理解为什么只有当磁场垂直于材料的蜂窝状表面时，电导率才会发生极端变化。

Kimchi说：“我们的想法听起来很有希望，但不幸的是，我们很快意识到磁性锰离子之间的电流会被对称性所阻止，这令人沮丧。”。“然而，萨米随后对八面体排列的碲离子进行了对称性分析，对它们来说，电流是对称的，可以计算出来！”

从上面看，这种材料看起来像一系列二维蜂巢。然而，从侧面看，这种材料是由“薄片”组成的，就像一层蛋糕。在蜂窝状的每个“板”内，电子可以围绕每个八面体单元以圆形路径移动。材料中的这些循环、循环流动的电流负责材料的独特行为。

在没有磁场存在的情况下，电子会沿着蜂窝状“细胞”逆时针和顺时针方向移动，就像汽车绕着环形交叉路口双向行驶一样。就像在不受控制的交通中一样，“交通堵塞”使电子很难在材料中快速移动。如果没有简化交通的方法，这种材料更像是一种绝缘体。

然而，如果垂直于蜂窝状表面施加磁场，就会形成“交通流”，电子会更快地在回路中移动。该材料随后起到了导体的作用，导电性增加了7个数量级，相当于增加了十亿分之一。

新范式

从绝缘体到导体的转变也可以通过在材料中施加电流来驱动，但在这种情况下，它不会瞬间发生。材料从绝缘体切换到导体可能需要几秒钟甚至几分钟的时间。

该团队认为，这种可调性和较慢的开关类型，再加上该材料对电流的敏感性，可能会在电流控制量子设备中带来新的应用和发现，这是一个从传感器到计算机到安全通信的设备领域。

下一步是什么？努力更好地理解新发现的量子态，并寻找可能存在量子态的其他材料。

哈卡尼说：“展望未来，我们不仅希望了解是什么使这种材料特别，还希望了解相关材料需要哪些微观成分才能成为我们未来有用的量子技术。”。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。