新的量子纠缠材料可以为超薄量子技术铺平道路

不同的二维材料可以提供具有超导、磁性和拓扑物质等特性的构建块。但到目前为止，科学家们还未能创造出单层重费米子近藤物质(一种以量子纠缠为主的物质态)。

现在，阿尔托大学的研究人员证明，重费米子近藤物质在理论上有可能出现在单层材料中，并且他们描述了产生其非常规行为的微观相互作用。这些发现发表在《纳米快报》上。

该论文第一作者、阿尔托大学博士后研究员阿道夫·富梅加(AdolfoFumega)表示：“重费米子材料是发现非常规拓扑超导性的有希望的候选材料，这是抗噪声量子计算机的潜在构建模块。”

这些材料可以具有两个阶段：一阶段类似于传统磁体，一阶段系统的状态由量子纠缠主导，称为重费米子近藤态。在磁性相和重费米子态之间的转变时，出现宏观量子涨落，导致包括非常规超导相在内的奇异物质态。

传统上，重费米子化合物是在散装材料中进行研究的。阿尔托大学原子尺度物理和相关量子材料小组之前进行的研究首次提供了范德华异质结构中重费米子近藤物质的理论和实验演示。其中两篇论文于2021年发表在《自然》和《物理评论快报》上。

然而，范德华单层中固有的重费米子态仍然难以捉摸。分层范德华材料提供了新的自由度，例如堆叠不同的层以设计异质结构、扭曲层以创建莫尔图案或施加电栅极电压，以及允许在受控的条件下探索和设计重费米子材料的不同相的策略。方式。

研究人员分析的单层材料是单层CeSiI，这是一种最近在超薄极限下分离出来的化合物。他们利用多体和量子化学方法的结合，展示了材料中竞争量子磁相互作用的本质，证明这种竞争会导致非常规的量子纠缠态。此外，他们还表明，这种材料中的量子磁性主要受相对论效应的影响，导致其亚原子磁性结构与其他二维材料截然不同。

阿尔托大学助理教授兼相关量子材料研究小组负责人JoseLado表示：“重费米子量子材料单层的发现为量子器件奠定了基础。”

从材料科学的角度来看，大块重费米材料具有巨大的挑战性，用它们制造设备几乎是不可能的任务。凭借纯二维重费米子量子材料和堆叠范德华层的灵活性，可以开发出基于奇异重费米子近藤现象的全新量子器件系列，从而开辟量子技术中尚未探索的方向。