“非常奇怪”的量子發現違反了物理規則

李與國際科學家團隊合作，取得了一項這樣的發現，最近描述為 2016 年 體檢信。

密歇根大學物理學教授李說：“我想說這是一個很棒的應用，但我的工作不斷將這個夢想推遠。” “但我們的發現仍然非常奇怪和令人興奮。”

量子振盪：當電子像彈簧一樣起作用時

這項研究得到了美國國家科學基金會和美國能源部的支持，基於一種名為量子振蕩的驚人效應。在金屬中，當電子像微小彈簧一樣響應磁場而振動時，就會發生這些振盪。通過改變磁場的強度，科學家可以改變這些“電子彈簧”的移動速度。

然而，近年來，研究人員在不需要導電或導熱的絕緣體材料中發現了相同的量子振盪。這一發現引起了科學家們的爭論，這種效應是否只發生在這些材料的表面或內部深處（稱為主體）。

在材料中尋找答案

如果振盪來自地表，這對於潛在技術來說將特別令人興奮。被稱為拓撲絕緣體的材料在其表面導電，同時保持內部絕緣，已被用於新型電子、光學和量子設備的探索。

為了探索這個謎團，李和他的合作者轉向了國家磁場實驗室，那裡擁有世界上最強的磁鐵。他們的實驗表明，振盪不僅僅是表面效應。相反，它們來自大部分材料。

“我希望我知道該怎麼處理它，但現階段我們不知道，”李承認。 “我們現在擁有的是一個非凡現象的實驗證據，我們已經記錄下來，希望有一天我們能弄清楚如何使用它。”

全球合作和明確的結果

這項研究涉及來自美國和日本六個機構的十幾名科學家，包括密歇根大學研究員陳寬文和研究生朱遠、鄭國新、張德臣、陳亞倫和凱拉·詹金斯。

“多年來，科學家們一直在努力解決關於這種奇異絕緣體的載流子起源的一個基本問題：它是塊狀絕緣體還是表面絕緣體，是內在的還是外在的？”陳說。 “我們非常興奮和興奮地提供明確的證據來證明這一點。”

物理學中的“新二元性”

李將這一發現描述為他所謂的“新二元性”的一部分。物理學中最初的二元性或“古老”現像出現在一個多世紀前，當時科學家們意識到光和物質可以表現為波和粒子。這一發現改變了物理學，並催生了太陽能電池和電子顯微鏡等技術。

李說，新的二元性涉及既可以充當導體又可以充當絕緣體的材料。他的團隊通過在磁場中使用一種名為硼化鐿 (YbB12) 的化合物來測試這一想法，磁場強度高達 35 特斯拉，比醫院 MRI 機器的磁場強 35 倍。

“實際上，我們正​​在證明這種具有良好導電性的表面可用於電子產品的天真的想法是完全錯誤的，”李解釋道。 “它是一種整體化合物，儘管是絕緣體，但其行為卻像金屬。”

揭開“瘋狂金屬”的神秘面紗。

儘管這種“類金屬”行為僅在極端磁性條件下出現，但這一發現提出了有關材料在量子水平上如何表現的新問題。

“確認振盪很大並且是自發的令人興奮，”朱說。 “我們仍然不知道哪種類型的中性粒子負責觀察。我們希望我們的發現能夠刺激進一步的實驗和理論工作。”

該項目得到了複雜材料適應研究所、戈登和貝蒂摩爾基金會、日本科學振興協會和日本科學技術振興機構的額外支持。