摘要：研究人员在独特的量子材料中观察到十几个从未见过的量子状态。...
当大量电子相互作用时，有大量无数量子状态描述了量子物质和奇怪的现象。几十年来，这些州中的许多国家一直是理论上的：数学和计算预测可能隐藏在现实生活中的材料 - 动物园，许多科学家都来称呼它，而新的“物种”只是等待被发现和描述。
在4月3日发表的一项新研究中自然，研究人员在不断增长的量子动物园中增加了十几个州。
哥伦比亚纳米科学家族教授霍德家族教授肖阳首席作家肖王说：“其中一些州从未见过。” “而且我们也没想到会看到这么多。”
其中包括可以用作拓扑量子计算机来创建已知内容的状态。拓扑量子计算机将具有独特的量子特性，这应该使它们不容易受到阻碍量子计算机的错误，而量子计算机目前是用超导材料构建的。但是，超导材料被磁铁破坏了，到目前为止，这些材料必须用于创建（仍然未实现的）下一代量子计算机所需的拓扑状态。朱的动物园解决了这个问题：他和他的团队发现的所有国家都可以在没有外部磁铁的情况下创建，这要归功于一种称为扭曲的钼二硫硫醇的材料的特性。
来自量子历史大厅
朱和他的团队发现的一些新州可能与大厅效应有关的现象。 1879年发现的经典大厅效应描述了当暴露于磁场时，电子如何沿其边缘向上流过一条金属。磁铁越强，整个金属电压差越强。当电子在超电压温度下和仅在两个维度上暴露于磁场时，最容易观察到量子力学的影响时，电压的变化不再与磁场成正比。它不是线性增加的，而是“量化”，并以与电子电荷相关的步骤跳跃 - 一种已知电荷最小的粒子。
这些量子步骤可以分解为甚至更小的步骤，形成的状态是电荷的，这些状态是电子的分数：-½， - ⅔， - ，等等；为了这一观察，哥伦比亚名誉教授霍斯特·斯托默（Horst Stormer）在1998年分享了诺贝尔物理学奖。这种“分数量子霍尔效应”是量子力学的违反直觉的怪癖，斯特斯特在他的诺贝尔讲座中解释说：“这意味着许多电子在音乐会上造成了一项较小的电子粒子，而不是任何人的收费，也不是个人的。这些电子都没有分为碎片。”
数十年来，研究人员一直在寻找分数量子大厅的效应，并且已经以多种不同的材料出现。 A major step forward occurred in 2023 when Xiaodong Xu, a physicist at the University of Washington and member of Columbia's Department of Energy-funded Energy Frontier Research Center on Programmable Quantum Materials (ProQM), discovered an anomalous -- aka, magnet-free -- fractional quantum Hall effect in layers of molybdenum ditelluride that had been twisted to form what's known as a moiré pattern.徐的发现得到了康奈尔大学的实验和上海乔大学的结果的支持。
Xu的作品，由他的博士生Jiaqi Cai和Heonjeoon Park领导，并在两篇论文中发表自然朱解释说，揭示了两个令人垂涎的分数量子异常大厅（FQAH）说明。还有更多。
秘密？这是a-moiré…
ProQM团队一直在与之合作的材料，并且经常与他们一起研究的材料是Moiré材料，原子 - 薄层由各种元素组成，这些元素相对于彼此而言是如此微小的元素。结果是蜂窝状图案，具有单层或层剥落的大块晶体中未发现的性质。
当钼二硫硫胺层扭曲时，它们就会拓扑。这意味着他们的电子是在特定的安排中进行的，鼓励他们加入更大的整体，从而又可以违反直觉，将其分解为分数量子厅的费用。扭曲还产生了一个内部磁场 - 消除了对外部磁铁的需求。
就在去年夏天，Yiping Wang，Max-Planck NYC中心博士后研究员，当前的主要作者自然纸，从Xu的实验室获得了样本。朱决定通过合着者和西蒙斯·埃里克·阿森诺（Eric Arsenault）开发的泵探针光谱技术在上面进行一些实验。她的屏幕用峰点亮，对应于数十个电荷 - 包括在理论上预测的分数是构建拓扑量子计算机所需的组件：所谓的非亚伯利亚人。
在其泵探针方法中，一个激光脉冲“融化”材料中的量子状态，然后第二个脉冲检测到电介质常数的变化，这是对电气相互作用强度的量度，如状态重新出现。 Arsenault的方法使用了一种非常快速的激光器，能够嘲笑许多分数能量水平的微妙差异。朱说：“这一发现还确立了泵探针光谱学是迄今为止检测物质量子状态最敏感的技术。”
除了发现各州以其最低或地面的能量发现，它还随着变化而捕获细节。王说：“感觉就像我们已经进入了新的维度，时间是探索基础状态的相关性和拓扑。” “他们只是让我们感到惊讶，尤其是当我们将它们摆脱平衡时。”
现在，是时候确切地弄清楚所有这些新状态是什么以及它们最有用的东西了。朱说：“有很多。我们希望这些结果和我们的技术激发了其他人探索。”
确实是一个动物园。
