美国科学家发现量子材料的新特性——电偶极子的活性

▲研究中所使用的的晶体结构，其中单个的分子用红色突出显示。

据《科学》（Science）杂志6月8日刊发的一篇研究论文称，一组美国科学家最近在实验室中发现了一种之前只在理论上成立但却从未在现实中观测到的量子特性。该研究小组经实验证明，一种特殊的量子材料可以发生电偶极子波动现象（材料中微小带电粒子的不规则振荡），即使在极冷的条件下，比如华氏零下450度的环境中也是如此。实验中采用的这种材料被称为“k-(BEDT-TTF)2Hg(SCN) 2Br”，这种早在20年前就被首次合成的材料虽然属于有机化合物的衍生物，但是其性质表现却与金属类似。

该论文的资深作者、美国约翰•霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的物理学副教授娜塔莉亚•德里希科（Natalia Drichko）介绍道：“我们在这种特殊的量子材料中发现，即使在极冷的温度下，电子偶极子仍然存在，并仍然会根据量子力学的规律进行波动。通常我们认为，量子力学属于如原子层面上微观世界的物理理论，然而在该研究中，我们观测到整块晶体的行为特性都表现出量子力学的特征。”

经典物理学描述的是我们日常生活中所看到和感知的物体的大部分性质与表现。德里希科指出，在经典物理学中，物体在极低温中会冰封凝结（不会再发生任何物理运动与反应），然而在量子物理学中，即使是在极寒的条件下，也存在物理运动——量子物理学主要致力于描述原子层面上的物质和能量的特性和表现。

电偶极子是一对电量相等但极性相反的带电极，它们之间相隔了一定的微观距离。例如，偶极子可以通过静电的交换让头发“粘”在梳子上：在梳子和头发的边缘形成微小的两极。德里希科的研究小组在她的拉曼光谱学实验室（Raman spectroscopy lab）观察到了量子物质在极低温中的电子状态，他们将光焦点对准一小块晶体材料，然后再借用其他学科中的研究技术，包括化学和生物学，最终找到了偶极子波动的证据。这项研究之所以成为可能，得益于该小组自创的定制工程光谱仪，它能将测量的灵敏度提高100倍。该研究小组表示，这次所发现的独特量子效应将来有可能被应用于量子计算——一种利用物质的量子态获取和存储信息的计算方式。

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 编译：Jonathan 审稿：西莫  编辑：张梦

来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180611172416.htm