来自维也纳工业大学的研究团队与美国研究机构一起遇到了令人惊讶的“量子临界”形式。这可能会导致新材料的设计概念。

在日常生活中，相变通常与温度变化有关，例如，当冰块变暖并融化时。但是，取决于其他参数（例如磁场），也存在不同类型的相变。为了理解材料的量子特性，当相变直接发生在温度的绝对零点时，它们特别有趣。这些转变称为“量子相变”或“量子临界点”。

现在，一个奥美研究小组以一种新颖的原始形式发现了这种量子临界点。现在正在进一步研究这种材料的性能。怀疑该材料可能是所谓的Weyl-Kondo半金属，由于特殊的量子态（所谓的拓扑态），这种材料被认为具有巨大的量子技术潜力。如果事实证明是正确的，那么将找到针对性发展拓扑量子材料的关键。该结果是在维也纳大学，约翰·霍普金斯大学，美国国家标准与技术研究院和莱斯大学之间的合作中发现的，现已发表在《科学进展》杂志上。

量子临界性-比以往任何时候都更简单，更清晰

维也纳工业大学固体物理研究所的教授说：“通常在金属或绝缘体中研究量子临界行为。但是我们现在已经研究了一种半金属。”该材料是铈，钌和锡的化合物，其性质介于金属和半导体之间。

通常，只能在非常特定的环境条件（特定压力或电磁场）下产生量子临界。约翰霍普金斯大学博士生说：“然而，令人惊讶的是，我们的半金属对量子至关重要，完全没有任何外部影响，通常，您必须努力工作以产生适当的实验室条件，但是这种半金属本身就提供了量子临界性。”

这一令人惊讶的结果可能与以下事实有关：该材料中电子的行为具有某些特殊特征。这是一个高度相关的电子系统。这意味着电子之间会发生强烈的相互作用，并且您无法通过单独查看电子来解释它们的行为。这种电子相互作用导致了所谓的近藤效应。在这里，材料中的量子自旋被周围的电子所屏蔽，因此自旋不再对材料的其余部分产生任何影响。

如果像半金属那样只有很少的自由电子，则近藤效应就不稳定。这可能是造成材料的量子临界行为的原因：系统在具有和没有近藤效应的状态之间波动，并且具有零温度下的相变效应。

量子波动可能导致Weyl粒子

结果之所以如此重要的主要原因是，它被怀疑与“ Weyl粒子”现象密切相关。在固体中，Weyl粒子可以准粒子的形式出现-即作为集体激励，例如池塘中的波浪。根据理论预测，这种Weyl粒子存在于这种物质中。赖斯大学的理论物理学家齐苗斯说。但是，尚未找到实验证据。我们怀疑我们观察到的量子临界性有利于这种Weyl粒子的出现。因此，与将超导库珀对保持在一起的高温超导体中的量子临界波动类似，临界波动可能会对Weyl粒子产生稳定作用。

在我们看来，某些量子效应（即量子临界涨落，近藤效应和Weyl粒子）与新发现的物质紧密缠结在一起，共同产生了奇特的魏尔·康多状态。这些是具有高度稳定性的“拓扑”状态，与其他量子状态不同，这些状态不能轻易地被外部干扰破坏。这使它们对于量子计算机特别有趣。

为了验证所有这些，将在不同的外部条件下进行进一步的测量。研究小组希望在其他材料中也可以发现各种量子效应的相似相互作用。这可能导致建立一种设计概念，可以对这种材料进行专门的改进，定制和用于混凝土。