非稀土化合物：新型双层人造薄片材料或为量子计算新平台提供支撑

SCI Tech Daily 报道称：物理学家 Viliam Vaňo 与同事们，刚刚创造了一种新型超薄两层材料，特点是具有通常需要稀土化合物才能实现的量子特性。这种相对容易制造、但又不含任何稀土金属的材料，有望为量子计算提供一个新平台、以及推进对非常规超导性和量子临界性的研究。

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研究配图 - 1：人工重费米子异质结构

从看似普通的材料开始着手，研究人员指出了一种全新的物质量子态。这一发现源于其努力创造的一种量子自旋液体，可借此来研究规范理论等新兴量子现象。

具体说来，其涉及单层原子厚度的二硫化钽制造，并且用到了双层工艺。当研究人员仔细检查“岛屿”的结构时，他们发现双层之间的相互作用，引发了所谓的“近藤效应”现象 —— 即导致物质产生宏观纠缠状态的费米子系统。

研究配图 - 2：垂直异质结构中的近藤效应（共振）

Viliam Vaňo 在接受采访时称，这种新型超薄双层材料的量子特性，有助于改进量子计算机的设计、并推动对超导性和量子临界性的研究。

所谓“近藤效应”，特制磁性杂质与电子之间的相互作用，它导致材料的电阻随温度而发生变化。这样的表现，显得它们似乎具有更大的质量。

于是物理学家将这些化合物称作重费米子材料，而相关现象也是含有稀土元素的材料的一项标志。

研究配图 - 3：垂直异质结构中的重费米子杂化间隙

在前沿物理学的多个领域，重费米子材料都很被看重（包括对量子材料的研究）。Peter Liljeroth 教授指出，学界一直想要深入研究复杂的量子材料，但又往往受到天然化合物特性的阻碍。

为此，他们提出了人工设计材料的制造计划，特点是能够很轻松地在外部进行调节和控制，以扩大能够在实验室环境下看到的奇异现象的范围。

以能够充当拓补超导体的重费米子材料为例，其可能有助于打造在环境噪声和扰动影响下更显稳健的量子比特，从而降低量子计算机的错误率。

研究一作、Liljeroth 团队里的博士生 Viliam Vaňo 解释称：能够在现实生活中创造的重费米子材料系统，可以很轻松地整合到电子设备中、并在外部进行调整。

值得一提的是，虽然该团队打造的双层超薄材料都基于硫化钽，但两层的特性却不尽相同 —— 其中一层表现得更像是金属，而发生了结构变化的另一层，则导致电子被定位到了规则的晶格中。

A new artificial material mimics quantum entangled rare earth compounds（via）

两者结合之下，最终催生了重费米子的物理现象出现 —— 而任意单独一层材料都做不到这点。

展望未来，Liljeroth 团队希望进一步探索每个薄片是如何相对于另一个薄片的旋转做出反应的，并尝试修改层之间的耦合、以将材料调整至能够产生量子临界行为。

关键词： 科学探索 非稀土化合物：新型双层人造薄片材料或为量子计