新发现:量子自旋新物态可令电子发生分裂

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【大纪元2016年04月06日讯】(大纪元记者张秉开编译报导)科学家发现在实际材料中存在量子自旋新物态的证据,它可以使电子发生不可思议的分裂。

这种物态叫做“量子自旋液体”(quantum spin liquid),电子分裂得到的分数粒子(fractional particle)称为马约拉纳费米子(Majorana fermion),可以用于量子计算机的研制。

据英国《每日邮报》4月5日报导,美国能源部橡树岭国家实验室、英国剑桥大学及德国马普研究所的科学家们共同进行试验,在类似石墨结构的二维材料中,测定电子分裂而得到的马约拉纳费米子的标志性特征。

剑桥大学的约翰尼斯.科诺勒(Johannes Knolle)说:“这是物质的一种新物态,以前曾预测过但未观察到。”

科学家认为,发现电子分裂是激动人心的突破。因为量子自旋液体是科学家推测的一种神秘状态,可以在某些磁性材料中隐藏,但40年来一直未在自然界中见到这种物态现象。

而此次试验所见的电子分裂或分数化(fractionalisation)表明新的量子物态——“量子自旋液体”具有非常有趣的特性。而且这种实验的一个实际意义是,马约拉纳费米子可以使量子计算机远比传统计算机更快,可能有助于量子计算机的研制。

研究人员使用中子散射技术,在三氯化钌(RuCl3)的晶体中发现这种量子物态存在的证据,但是目前尚不清楚处于量子自旋液态的马约拉纳费米子的具体特点,初步了解处于量子自旋液体状态的物质不会因为其温度降至极低水平而改变其中的磁特性。

科学家认为,这是首次在二维材料中发现存在量子自旋液态及电子分数化,对于理解量子状态具有重要意义。该研究结果发表于《自然.材料》杂志。

2012年1月,科学家使用加拿大安大略省的超级电脑SHARCNET模拟电子分裂的状态,探讨量子态信息,计算得出在适当的条件下电子可以分裂为带有分数电荷的分数粒子。而在一般概念中,电子所带的电荷不可能是分数,只能是整数。

参与该研究的加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)的天文物理学家罗杰.梅尔高(Roger G. Melko)认为,在量子世界中研究分数化现象彻底改变人们对物质的认识,它具有多方面的实际意义,影响对超导理解,开发新的电子产品甚至未来的量子计算机。

责任编辑:黄小渝

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