美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员成功地在应变钙钛矿氧化物中重建了相关电子行为。这为研究极端量子极限下的电子行为开辟了可能性，并预示着未来超导体的应用前景。
图片来源：极端量子极限下钙钛矿氧化物中的相关电子“探戈”。(2021). https://www.ornl.gov/news/correlated-electrons-tango-perovskite-oxide-extreme-quantum-limit
狄拉克半金属的量子极限
半个世纪以来，科学家们一直在争论极端量子极限（EQL）的性质。然而，实验一直很难实现，因为对于传统材料来说，实现这种状态所需的磁场只发生在中子星内部。亚博网站下载
在传统材料中，电子的行为是可以预测的——在绝缘体中，它们处于低反应状态，在导体中，它们处亚博网站下载于高反应状态。然而，在量子材料中，电子之间的相互作用大幅增加，它们不再像单粒子那样表现。yabo214
这是一种爱因斯坦称之为“远处的幽灵行为”的现象，两个物体相互影响对方的行为，即使在很远的距离，也没有信息交换。
无论多么难以置信，实验已经证明了这一点。3.ORNL的主要研究人员Jong Mok Ok和Ho Nyung Lee计划用这个来模拟超导体中的电子行为。
我们的目标是了解当电子进入极端量子极限时会发生什么，在那里我们发现我们仍然不了解的现象。
Ho Nyung Lee，ORNL联合首席研究员
Ok和他的同事合成了一种由铌酸锶（SrNbO）制成的非常稳定的晶体薄膜3.)他们将材料拉紧，使各层凝结，并稳定大块晶体中未发现的相。
材料的应变产生了电子能带结构，有利于电子之间的高度相关行为。这有效地转化为狄拉克凝聚态物质系统，在晶体管和超导体中有着广阔的应用前景。Ok，他的团队是第一个稳定这一阶段的人。
一种新型超导体
铌酸锶已经被认为是一种高性能超导材料。4.它在可见光和紫外光谱中都具有独特的导电特性。它在LED、光伏电池和光学探测器等领域有着广阔的应用前景。
铌酸锶是一种钙钛矿，是1839年在俄罗斯首次发现的假立方晶体。作为狄拉克凝聚态物质系统，铌酸锶中的电子特别具有流动性。它们可以构成超导材料的基础。然而，挑战在于保持拓扑结构和相关行为。
计算机模拟表明，在应变状态下，化合物会改变其结构，产生一种具有新型电子带结构的特殊对称性。简并量子态得到相同的能量值。
狄拉克电子可以取这些值中的任何一个。所以，这种特殊的对称性在一个能级上创造了四种状态（物质状态）。
将磁场下的量子材料想象为一座10层楼高的建筑，每层楼都有居民。每层楼都是一个定义的量化能级。增加磁场强度类似于拉动一个火警报警器，让所有居民都下到一楼，在一个安全的地方集合。事实上，它将所有狄拉克电子驱动到一个地面nd能级称为极限量子极限。
ORNL联合首席调查员Jong Mok Ok
理论上，要使传统半导体中的电子达到量子极限，需要100000特斯拉。然而，在佛罗里达大学的国家高磁场实验室进行的测试表明，只有三特斯拉需要达到OrnL的钙钛矿氧化物材料的极限量子极限。
现在，我们只需在实验室施加几特斯拉的磁场，就可以把所有的电子推到这个极限，加速我们对量子纠缠的理解。
ORNL联合首席调查员Jong Mok Ok
这些发展为未来的量子计算、半导体和超导体带来了很大的希望。
参考文献和进一步阅读
- 在极端量子极限下钙钛矿氧化物中的相关电子“tango”。(2021).https://www.ornl.gov/news/correlated-electrons-tango-perovskite-oxide-extreme-quantum-limit
- Mok Ok J.，等人（2021年）。极端量子极限下的关联氧化物狄拉克半金属。https://www.亚博老虎机网登录science.org/doi/10.1126/sciadv.abf9631. 内政部：10.1126/sciadv.abf9631
- Merali, z (2015)量子“幽灵”通过了迄今为止最严峻的考验。https://www.nature.com/yabo214articles/nature.2015.18255
- 帕克，Y.，罗斯，J.，奥卡，D.等人（2020年）。SrNbO3作为可见光和紫外光谱中的透明导体. 公共物理3102。https://doi.org/10.1038/s42005-020-0372-9
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