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新的量子材料能够以接近光速来导电


2017/5/4 10:29:33 编辑:admin 来源:本站整理 
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  • 比石墨烯还强。


     


     

    物理学家一直在测试新的二维量子材料的性质, 可以来篡夺石墨烯(graphene), 成为未来的“神奇材料”。


     

    这些能够以几乎是光速来导电的材料, 可能在下一代的超高速电脑中取代硅, 甚至可以形成一种新的“奇特超导体”(exotic superconductor)的基础, 可能会真的打破时间逆转对称性(time-reversal symmetry), 或是逆转时间流。


     


     

    来自加州大学尔湾分校(University of California, Irvine)的研究人员之一Jing Xia说:“最终, 我们可以采用物理学奇特的尖端理论, 做出一些有用的事物。 ”


     

    “我们正在为未来的100年, 探索制造拓扑量子电脑的可能性(目前是理论上的)。 ”


     

    Xie和他的团队, 以及来自美国和中国的几所大学的研究人员, 一直在研究少数的量子材料的潜力, 这些量子材料可能在未来几十年彻底改革运算。


     

    在自然期刊(Nature)、科学进展期刊(Science Advances)和自然材料期刊(Nature Materials)同时发表的三篇论文, 描述了这些研究成果。


     


     

    特别有趣的是, 这些材料展现出电子和磁性的特性, 而电脑的记忆体和存储系统需要这些特性。


     

    二维碳原子薄片的石墨烯(graphene)是超柔韧、比钻石更硬、而且比钢还坚固。 在导电方面, 显示出惊人的潜力。 但在运算方面, 有一个主要缺点, 它不是磁性的。


     

    这就是另外一个二维的类似材料, 锗铬碲化物(chromium germanium telluride, CGT)的出现。


     

    使用Xia所称的世界上最灵敏的磁力显微镜, 光纤萨格纳克干涉仪(Sagnac interferometer), 这个团队观察到微小的锗铬碲化物薄片, 大小只有两个原子厚, 几微米长, 和几微米宽。


     

    说清楚一点, 人的头发的宽度大约是17微米至180微米。


     

    在摄氏负233度(华氏负387度)的温度下, 这个团队能够证实并测量锗铬碲化物的磁特性。


     

    这最终回答了存在于量子物理学中有几十年的问题, 磁性是否可以存在于缩小到二维的材料中。


     

    来自加州大学柏克莱分校(University of California, Berkeley)、也在研究这种材料的研究员Xiang Zhang说:“这是一项令人兴奋的发现。 ”


     

    “这个实验为一个原子等级的薄且平坦的磁铁, 呈现确凿的证据, 这让许多人感到惊讶。 ”


     


     

    以狄拉克费米子(Dirac fermion)和马约拉纳费米子(Majorana fermion)的形式, 结合它的导电能力, 无质量的粒子以几乎是光速移动, 而不像是现今电脑中的电子。 现在这种材料自我证明很值得科学的兴趣。


     

    显微镜下的另一种新的量子材料是铋(bismuth)和镍(nickel)的混合物。 当研究人员在非常低的温度下, 让这两个化学元素接触(摄氏负269度或华氏负452度), 他们发现“一种奇特的超导体打破了时间逆转对称性。 ”


     

    也称为T-对称性(T-symmetry), 时间逆转对称性与有效逆转时间流的能力有关。


     

    Xia说:“想像你把时钟倒转, 然后一杯红色的茶变成绿色, 这不会让这杯茶非常怪异吗?对超导体来说, 这确实是很怪异。 ”


     

    “而这是第一次在2D材料中观察到。 ”


     

    现在, 我们窥见到这些新的量子材料的潜力。 下一步将是让它们更为实际地用于未来完全创新的(但还未制造出来)量子电脑(quantum computer)。


     

    而这意味着在更温和的温度下复制这些特性, 藉由做出一项装置, 能够在相当温和的摄氏负33度(华氏负27度)下稳定2D材料, 是Xia的团队正顺遂地在完成的事。


     

    Xia开玩笑地说:“信不信由你, 这比加拿大的一些地方还热。 这项研究工作是朝向在几乎是室温下, 发展未来的量子电脑的一大进步。 ”


     

    这三篇论文发表在自然期刊(Nature)、科学进展期刊(Science Advances)、和自然材料期刊(Nature Materials)。

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