相關文章

科學家發現在實際材料中存在量子自旋新物態的證據,可以使電子發生不可思議的分裂。這種物態叫做「量子自旋液體(quantum spin liquid)」。電子分裂得到的分數粒子稱為馬約拉納費米子(Majorana fermion),可以用於量子計算機的研製。

據英國《每日郵報》報道,美國能源部橡樹嶺國家實驗室、英國劍橋大學及德國馬普研究所的科學家共同試驗,在類似石墨結構的二維材料中,測定電子分裂得到馬約拉納費米子的標誌性特徵。

科學家認為,發現電子分裂是激動人心的突破。因為量子自旋液體是科學家推測的一種神祕狀態,可以在某些磁性材料中隱藏。但40年來一直未在自然界中見到這種物態現象。劍橋大學的約翰尼斯‧科諾勒說:「這是物質的一種新物態,以前曾預測過,但未觀察到。」

而此次試驗所見的電子分裂或分數化表明,這種新的量子物態具有非常有趣的特性。而且這種實驗的一個實際意義是,馬約拉納費米子可以使量子計算機遠比傳統計算機更快,可能有助於量子計算機的研製。

研究人員使用中子散射技術,在三氯化釕(RuCl3)晶體中發現這種量子物態存在的證據,但目前尚不清楚處於量子自旋液態下馬約拉納費米子的具體特點。初步了解認為,處於量子自旋液體狀態的物質不會因其溫度降至極低水平而改變其中的磁特性。

科學家認為,這是首次在二維材料中發現存在量子自旋液態及電子分數化,對於理解量子狀態具有重要意義。研究結果發表在《自然‧材料》雜誌上。

科學家2012年1月使用加拿大安大略省的超級電腦SHARCNET模擬電子分裂狀態,探討量子態信息,計算得出在適當條件下電子可分裂為帶有分數電荷的分數粒子。而在一般概念中,電子所帶的電荷不可能是分數,只能是整數。

參與該研究的加拿大滑鐵盧大學天文物理學家羅傑‧梅爾高認為,在量子世界中研究分數化現象徹底改變人們對物質的認識,具有多方面的實際意義,影響對超導的理解,開發新電子產品,甚至未來的量子計算機。◇