激光网3月2日消息，在过去的几十年里，量子材料对计算应用产生了相当大的兴趣，但非平凡的量子特性仍处于脆弱状态。
“在设计量子材料时，游戏总是在与无序的斗争，”密歇根大学材料科学与工程副教授罗伯特·霍夫登说。
热量是破坏量子特性的最常见无序形式。量子材料通常只在非常低的温度下，当原子几乎停止振动时才会表现出奇异的现象，从而使周围的电子相互作用并以意想不到的方式重新排列。这就是为什么量子计算机目前正在-269°C或-450 F左右的液氦浴中开发的原因。这仅比零开尔文高出几度。
当材料从3D剥离到2D单层原子时，材料也会失去量子特性，这种薄度对于开发纳米级器件特别感兴趣。
现在，密歇根大学领导的一个研究小组开发了一种新方法，可以在室温下诱导和稳定一种称为电荷密度波的奇异量子现象。他们基本上已经确定了一类新的2D材料。研究结果发表在《自然通讯》上。
“这是对二维有序电荷密度波的首次观测。我们感到震惊的是，它不仅在二维空间中具有电荷密度波，而且电荷密度波大大增强，“Hovden说。
研究人员没有采用典型的剥落和剥离单个原子层来制造2D材料的方法，而是在另一个基质中生长2D材料。他们将这种新材料称为“内向”，源自希腊语词根“endo”，意思是内部，而“出租车”则表示有序。
研究人员研究了一种金属晶体，即二硫化钽，它与任何晶体一样，原子的排列方式就像各个方向整齐排列的乒乓球一样。他们观察到，随着材料的生长，夹在中间的2D TaS2晶体层的电子自发地聚集在一起，形成自己的晶体，称为电荷晶体或电荷密度波 - 固体材料中电子分布的重复模式。
当电子结块和结晶时，它们的运动受到限制，金属不再很好地导电。在不改变材料化学性质的情况下，电荷晶体的形成将材料从导体转变为绝缘体。这种奇特的量子现象可以被证明是经典或量子计算中的晶体管，充当控制电压流的门。
“这开辟了这样一种想法，即内延合成可能是在我们所处的正常温度范围内稳定脆弱量子态的重要策略，”该论文的第一作者，密歇根大学博士毕业生，现任哈佛大学罗兰研究所博士后Suk Hyun Sung说。
有了在室温下稳定的电荷晶体，研究人员决定将其加热以观察变化。
“它是在出乎意料的高温下订购的。不仅在室温下，而且如果你把它加热到超过水的沸点，它仍然有一个电荷密度波，“Hovden说。
研究人员最终看到电荷晶体熔化，而材料保持固态，去除了量子态。
像这样的实验促进了我们对量子材料的基本理解，这在研究人员致力于利用奇异的量子现象进行工程解决方案时至关重要。
“量子材料将颠覆经典计算和量子计算，”Hovden说。
这两个领域都卡住了，Hovden说。经典计算已经耗尽了硅的功能，量子计算目前只能在极低的温度下运行。他们需要量子材料来向前发展。
目前，这项研究为使用内延合成发现新的量子材料奠定了基础，并为在更实际的温度下稳定量子特性提供了希望。
