在絕緣體和超導體之間完美切換，紫銅可作量子設備理想“開關”

圖片來源：物理學家組織網

量子科學家發現了一種罕見的現象，這種現象可能是在量子設備中創造一個在絕緣體和超導體之間切換的“完美開關”的關鍵。這項由英國布里斯托爾大學領導并發表在新一期《科學》雜志上的研究發現，紫銅中存在這兩種相反的電子態。

在熱或光等小刺激的推動下，材料中的微小變化可能會引發從零電導率的絕緣狀態到無限電導率的超導體狀態的瞬時轉變，反之亦然。這種極化的多功能性被稱為“涌現對稱性”，有可能在未來的量子技術發展中提供理想的開關。

在沒有磁場的情況下，紫銅的電阻高度依賴于電流的引入方向。其溫度依賴性也相當復雜。在室溫上下，電阻是金屬性的，但隨著溫度降低，情況發生了逆轉，材料似乎變成了絕緣體。然后，在最低溫度下，當它轉變為超導體時，電阻再次直線下降。

研究人員表示，盡管有這種復雜性，但磁阻卻極其簡單。無論電流或磁場的排列方向如何，它基本上是相同的，并且從室溫到超導轉變溫度一直遵循完美的線性溫度依賴關系。

對稱性破缺現象一般指冷卻時電子系統對稱性的降低。冰晶中水分子的復雜排列就是這種對稱性破缺的一個例子。但相反的情況是罕見的。也就是說，在實驗中證明這種涌現對稱性非常具有挑戰性。這就好比當冰進一步冷卻時，冰晶的復雜性再次“融化”成像水滴一樣對稱和光滑的東西。

為了進一步測試該理論是否成立，研究人員研究了100個單獨的晶體，其中一些是絕緣的，另一些是超導的。不同晶體表現出不同基態，研究發現了一條可在紫銅中識別涌現對稱性的路徑。

研究人員稱，想象有一個魔術戲法，一個沉悶、扭曲的人物變成一個美麗的、完美對稱的球體，這就是涌現對稱性的本質。這個“人物”就是紫銅，而魔術師是自然本身。

展望未來，科學家可能會利用這種性質在量子電路中創造“開關”，通過微小的刺激導致開關電阻發生深刻的、數量級的變化。

總編輯圈點

一些物理性質，看似自相矛盾，但也可以成為一枚硬幣的兩面。用合適的力道和角度將硬幣拋出，落下時，它便能展示出你想要的正面或者背面。超導體和絕緣體，零電阻和無限電阻，也能在同一種物體上奇妙共生。這種同時擁有超導體和絕緣體性質的材料，適合作為電路的邏輯開關。在本文中，讓紫銅導電能力發生轉變的因素是電流的引入方向和溫度。找到轉變的規律，人類就成為真正的“魔術師”，稍做刺激，便能讓電阻發生數量級變化。

（來源：科技日報）

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