QC資訊∣Kagome 金屬——新型量子材料

傳統的日本籃子編織技術融合了一種稱為「Kagome」的圖案，其由交錯排列的對稱三角形組成。如果金屬或其它導電物質的原子可以以這種模式排列，則所得到的材料可能展示出奇特的電子特性。

近日，麻省理工學院、哈佛大學和勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家宣布創造出了一種奇特的新材料，稱為「Kagome金屬」——一種由鐵原子層和錫原子層組成的導電晶體，排列在kagome格子圖案中。該種新材料的研究成果已發表在《自然》雜誌上。

當研究人員通過晶體中的原子層傳遞電流時，電流表現得非常不尋常。電流中的電子不像預期的那樣直接流過晶格，而是沿著圓形邊緣流動且不會損失能量。這些電子的行為類似於量子霍爾效應(quantum Hall effect)——這種現象在二維材料中常見，是量子力學的分支。

麻省理工學院物理學助理教授兼研究員Joseph Checkelsky在一份聲明中稱，通過構建固有磁性的kagome鐵網格，這種異乎尋常的行為將會持續到室溫或更高。」

為了制Kagome金屬，科學家將鐵和錫混合在一起研磨，並將粉末放置在爐中加熱到約1380華氏度(750攝氏度)——鐵原子和錫原子的結晶點，並將其自身排列成類似於kagome圖案的晶格，然後將晶體浸沒在冰浴中，這有助於晶格在室溫下保持穩定。

麻省理工學院的Linda Ye稱，Kagome圖案有很大的空間，可能很容易用手編織，但在結晶固體中通常表現得不穩定。訣竅是用一種在高溫下穩定的原子填充這些空隙。研發這些量子材料不需要鍊金術，而是材料科學和耐心。

由於其獨特的電學特性，研究人員正在研究如何生成其他形式的Kagome晶格，用於製造具有完美導電功能的器件，而不會損失任何能量，如「耗散更少」的電源線和超快速的電子電路。Checkelsky稱，這項新技術也可以應用於量子計算領域。如果能夠建成，大規模的量子計算機理論上能夠解決甚至是最強大的經典計算機難以計算的問題，也將推動機器學習、醫學和氣候科學等領域的變革。

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