導電性能接近光速，科學家發現全新導電量子材料

物理學家一直在測試新的二維量子材料的特性，以取代石墨烯作為未來的「魔法材料」。

這些可以導電材料幾乎是光速來導電，可以在下一代的超高速計算機取代硅,甚至可以形成一種新的「奇怪的超導體(外來超導體),可能會真的打破時間逆轉對稱性(time-reversal symmetry)，或是逆轉時間流。

加州大學歐文分校(University of California， Irvine)的一位研究人員之一Jing Xia說:「最終，我們可以採用物理學奇特的尖端理論，做出一些有用的事物。」

「我們正在為未來的100年，探索製造拓撲量子電腦的可能性(目前是理論上的)。」

Jing Xia和他的團隊以及來自美國和中國的幾所大學的研究人員一直在研究一些量子電勢的材料，這些量子材料可能會在未來幾十年里進行徹底改革運算。

這一發現的三篇論文同時發表在《自然》、《科學進展》和《自然材料》雜誌上。

特別有趣的是，這些材料展示了計算機的內存和存儲系統所需要的電子和磁性。

二維碳原子薄片的石墨烯(graphene)是超柔韌、比鑽石更硬、而且比鋼還堅固。就導電而言，潛力是驚人的。但是在計算方面，有一個主要的缺點，那就是它不是磁性的。

這是另一種二維的材料，有鉻鍺碲化物(CGT)。

使用Xia所稱的世界上最靈敏的磁力顯微鏡，光纖薩格納克干涉儀(Sagnac interferometer)，這個團隊觀察到微小的鍺鉻碲化物薄片，大小只有兩個原子厚，幾微米長，和幾微米寬。

很明顯，一個人頭髮的寬度約為17微米到180微米。

該小組可以確認和測量鍺鉻碲化物在零下233華氏度(- 387華氏度)的磁性。

這最終回答了一個問題:在量子物理學的幾十年里，磁性是否可以存在於二維材料中。

「這是一個令人興奮的發現，」加州大學伯克利分校的研究員張翔說，他也研究了這種材料。

他說:「這個實驗是一個原子尺度的薄而扁平的磁鐵，這對許多人來說都是令人驚訝的。」

以狄拉克費米子(Dirac fermion)和馬約拉納費米子(Majorana fermion)的形式，結合它的導電能力，無質量的粒子以幾乎是光速移動，而不像是現今電腦中的電子。現在這種材料自我證明很值得科學的興趣。

顯微鏡下的另一種新的量子材料是鉍和鎳的混合物。當研究人員在非常低的溫度下，讓兩個化學元素接觸(負269攝氏度或零下452華氏度)時，他們發現「一個奇怪的超導體打破了時間反轉對稱性。」

時間逆轉對稱也被稱為t對稱，它與有效逆轉時間流的能力有關。

Xia說:「想像一下你把鍾放回去，然後一杯紅茶變成綠色，這很奇怪，不會沏茶嗎?」對於超導體來說，這很奇怪。

「這是我們第一次在2D世界看到它。」

現在我們看到了這些新的量子材料的潛力。下一步將是使它們更實用，更有創新性(但尚未製造)量子計算機。

Xia開玩笑說:「信不信由你，這比加拿大的一些地方還熱。

這三篇論文發表在《自然》、《科學進展》和《自然材料》上。

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