自然狀態材料中存在量子臨界點

　　據美國物理學家組織網1月20日報道，近日，一個美日國際研究小組以鐿為基礎材料研制出一種奇特的新型超導體。該超導體不需要改變壓力、磁場強度或經化學摻雜，在自然狀態就能達到物理學家所說的“量子臨界點”。這一發現突破了理論物理的限制，為人們理解量子臨界狀態打開了新視野。這種異常性質，也將改變人們對超導體制造、電子數據存儲的理解方式。研究論文發表在1月21日的《科學》雜志上。

　　“量子臨界點”是界定一種材料是不是超導體、如何變成超導體的一個屬性評估標準，經過了這個點，材料對電流的電阻會完全消失。盡管進行過各種嚴密的實驗和檢測，科學家目前仍然無法完全理解超導材料的“量子臨界點”這個關鍵特征。

　　長期以來，科學家通過給材料施加強磁場和高壓，或在材料中添加某些原子雜質，轉變材料性質將其“調整”到量子臨界點，由此實現超導。而新研究首次在不加調整的情況下，讓新材料以自然狀態到達了量子臨界點。

　　這項研究開始于2008年，該合作小組中的日本實驗物理學家合成了一種由鐿、硼和鋁元素構成的奇特晶體，其化學式為YbAlB4，并稱之為“YBAL”。東京大學研究人員最早在YBAL的β晶體結構中發現了超導電性，并認為可能在其中發現量子臨界點。然而當接近絕對零度時，它出現的超導行為掩蓋了臨界點的位置。

　　美方克勒曼小組進一步在多種溫度和磁場強度條件下檢測了來自東京實驗的數據。他們發現所有的數據，在描繪不能觀察到的量子臨界點（QCP）時會出現曲線坍塌，代之以超導階段行為。在沒有壓力和其他參數等外加調整的影響下，量子臨界點在零磁場之上不到一根頭發的寬度。

　　在β-YBAL超導材料中，研究人員觀察到了一種奇怪的物質新狀態——“臨界奇異金屬”相。在量子臨界點，材料能在傳統電行為（物理學家稱之為費米液）和超導電行為之間轉換，類似于非此非彼的狀態，這稱為“奇異金屬”行為。但目前還不清楚它只在臨近量子臨界點才發生，還是能在更寬的物理條件下也存在。

　　羅格斯大學文理學院物理學與天文學教授皮爾·科爾曼表示，這種新材料本身具有非常簡單的量子臨界表現，這種結果完全出乎意料，也令人迷惑。