量子发现材料可以具有D波效应和F波行为

莱斯大学的物理学家已经证明，量子计算所高度追求的不可变拓扑态可以与某些材料中其他可操纵的量子态纠缠在一起。

“我们发现令人惊讶的事情是，在一种特殊的晶格中，电子被困住，d原子轨道中电子的强耦合行为实际上就像一些重费米子的 f 轨道系统一样，”齐苗斯说，有关《科学进展》研究的作者。

这一意想不到的发现为凝聚态物理学的子领域之间架起了一座桥梁，这些子领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式产生“受保护的”、不可变的状态，可用于量子计算和自旋电子学。在强关联材料中，数十亿个电子的纠缠会产生诸如非常规超导性和量子自旋液体中的连续磁涨落等行为。

在这项研究中，Si和合著者胡浩宇(他的研究小组的前研究生)建立并测试了一个量子模型，以探索“受挫”晶格排列中的电子耦合，就像在具有“平带”特征的金属和半金属中发现的那样。，”表明电子被卡住并且强相关效应被放大。

这项研究是 Si 持续努力的一部分，Si于 7 月获得了国防部著名的万尼瓦尔·布什教员奖学金，以验证控制物质拓扑状态的理论框架。

在这项研究中，Si 和 Hu 表明，来自 d 原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。研究还表明，分子轨道中的电子可能与其他受挫电子纠缠在一起，产生强相关效应，这对于多年来研究重费米子材料的 Si 来说非常熟悉。

“这些完全是 d 电子系统，”Si 说。“在 d 电子世界中，就像有一条多车道的高速公路。在 f 电子世界中，您可以认为电子在两层中移动。一种就像d电子高速公路，另一种就像土路，移动速度非常慢。”

Si 表示，f 电子系统拥有非常清晰的强相关物理例子，但它们并不适合日常使用。

“这条土路距离高速公路太远了，”他说。“高速公路的影响非常小，这意味着微小的能量尺度和非常低的物理温度。这意味着您需要达到 10 开尔文左右的温度才能看到耦合的影响。

“在 d 电子世界中情况并非如此。在多车道高速公路上，事物之间的耦合非常有效。”

即使频带平坦，耦合效率仍然存在。Si 将其比作高速公路的一条车道变得像 f 电子土路一样低效且缓慢。

“即使它已经变成了土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自 d 轨道，”Si 说。“它实际上是一条土路，但它的耦合性更强，这转化为更高温度下的物理现象。

“这意味着我可以拥有所有基于 f 电子的精致物理学，为此我拥有明确定义的模型和多年研究的大量直觉，但我不必达到 10 开尔文，而是可以工作例如，200 开尔文，甚至可能是 300 开尔文，或室温。因此，从功能角度来看，它非常有前途。”

Si 是莱斯大学物理和天文学 Harry C. 和 Olga K. Wiess 教授、莱斯量子计划成员和莱斯量子材料中心(RCQM) 主任。