新未名空间

物理学家终于查明，为何某些量子材料会看似毫无缘由地丧失其导电性。

在量子领域，当现象有悖常理时，科学家并非总能为其观测结果找到合理解释。很多时候，他们是在偶然间找到解决方案的 —— 这通常始于意识到一个怪异信号并非错误信号。

研究人员此前已知晓一种奇特现象：一种初始状态下具有导电性的材料，似乎会完全丧失其导电能力。尽管物理学家怀疑电子牵涉其中，但他们一直难以确定其确切机制。但发表于《物理评论快报》的一篇新论文，确定了这场"消失戏法"背后的罪魁祸首 —— 或者说是一众"元凶"：一种被称为"极化子"的粒子复合体。

根据研究人员的说法，这种特定的排列方式在电子和周围原子之间创造了一种奇特的"舞蹈"，最终阻碍了材料中的电流。该发现首次在基于铥、硒和碲（这些稀土金属对先进技术制造至关重要）的化合物中找到了极化子。

"我们首次能够在此使其显现，这一事实表明在材料的量子宇宙中，仍有诸多有趣的新现象有待发掘，"该研究的资深作者、德国DESY研究所的科学家凯·罗斯纳格尔在一份声明中表示。

非众粒子，而是一体

极化子属于一类被称为"准粒子"的奇特量子体。简而言之，准粒子描述了在某些情况下，一群粒子如何作为一个整体，集体表现为单个粒子的行为。极化子表征了电子与原子（在此案例中为稀有金属化合物）之间的相互作用。略微扭曲的原子层极大地减缓了电子的速度，从而抑制了电子流 —— 即电流。

研究人员在声明中指出，这些转变"表明材料的特性不能仅用其化学成分来解释"。他们补充说，电子往往能感知附近其他电子的运动，并且会很容易地作为准粒子协同运动，在此过程中"形成具有新特性的类粒子状态"。

一个奇特的小凸起

该团队最初着手研究这种铥基化合物的一般性质。他们使用不同的辐射源（包括粒子加速器中的强X射线）对该材料进行了各种测量。出于某种原因，他们总是在主信号旁边看到一个微小的凸起。

像往常一样，他们将其视为技术错误而未予理会，但这个凸起在各种测量中持续存在。至此，研究人员决定对该信号展开一项重点调查 —— 这个项目最终花费了数年时间才完成。

直到他们引入了一个已有70年历史的模型，计算才终于说得通了。根据论文，本质上，那个小凸起是电子作为极化子与金属化合物原子一起振动的产物。

"那是决定性的一步，"该研究的主要作者、德国基尔大学的物理学家崔尔-熙·闵在声明中解释道。"一旦我们将这种相互作用纳入计算，模拟结果与测量数据就完美匹配了。"

此外，物理学家已经知晓，许多现代量子材料都表现出类似的特性。如果研究人员能更好地驾驭这些奇特的电子特性，极化子或许能加速诸如室温超导体等材料的问世。