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        科学家们发现了一种物质存在的新方式——一种不同于固体、液体、气体或等离子体的通常状态——在两种奇异的材料的界面上，这些材料制成三明治。

         科学家们说，这种新的量子态被称为量子液晶，似乎遵循自己的规则，并提供了可能为先进技术应用铺平道路的特性。

         在杂志上的报道科学进展，罗格斯大学领导的研究小组描述了该实验的重点是当一种称为外尔半金属的导电材料和一种称为自旋冰的绝缘磁性材料受到极高磁场时之间的相互作用。 这两种材料各自以其独特而复杂的特性而闻名。

         “尽管每种材料都经过了广泛的研究，但它们在这个边界上的相互作用仍然完全没有被探索，”今年 6 月从罗格斯大学获得博士学位的 Tsung-Chi Wu 说物理学和天文学研究生课程，是该研究的第一作者。 “我们观察到新的量子相，只有当这两种材料相互作用时才会出现。 这创造了一种新的高磁场物质量子拓扑态，这是以前未知的。

        团队发现，在这两种材料的界面处，外尔半金属的电子特性受到自旋冰磁性的影响。 这种互动导致了非常罕见的称为“电子各向异性”的现象，其中材料在不同方向上以不同的方式导电。 他们发现，在 360 度的圆圈内，六个特定方向的电导率最低。 令人惊讶的是，当磁场增加时，电子突然开始沿两个相反的方向流动。

         这一发现与量子现象中称为旋转对称性破缺的特征一致，并表明出现了新的高磁场下的量子相。

         吴说，这些发现意义重大，因为它们揭示了控制和纵材料特性的新方法。 通过了解电子如何在这些特殊材料中移动，科学家有可能设计出新一代超灵敏的磁场量子传感器，这些传感器在极端条件下（例如太空或强大的机器内部）工作效果最佳。

         Weyl 半金属是允许电力由于称为外尔费米子的特殊相对论准粒子，以非常高的速度和零能量损失以不寻常的方式流动。 另一方面，旋转冰是磁性材料，其中磁矩（材料内的微小磁场）以类似于冰中氢原子位置的方式排列。 当这两种材料结合时，它们会形成异质结构，由不同材料的原子层组成。

         科学家发现，新的状态物质在极端条件下出现，包括极低的温度、高压或高磁场，并以奇怪而迷人的方式表现。 吴说，罗格斯大学领导的实验可能会带来对物质的新的、基本的理解，超越自然发生的四种物质状态。

         “这只是一个开始，”吴说。 “探索新的量子材料及其组合成异质结构时的相互作用有多种可能性。 我们希望我们的工作也能激励物理学界探索这些令人兴奋的新领域。

         该研究是结合使用实验技术进行的，由该项目的首席研究员、物理与天文学系克劳德·洛夫莱斯实验物理学教授、该研究的合著者 Jak Chakhalian 领导。 这项工作在理论上得到了物理系副教授 Jedediah Pixley 的支持，并且天文学，也是该研究的合著者。

         “实验与理论的合作才是真正使这项工作成为可能的原因，”吴说。 “我们花了两年多的时间才了解实验结果。 这要归功于 Pixley 团队所做的最先进的理论建模和计算，特别是博士后研究员 Jed Pixley 和 Yueqing Chang。 作为罗格斯大学的团队，我们将继续合作，推动该领域的前沿。

         大多数实验在佛罗里达州塔拉哈西的国家强磁场实验室 （MagLab） 进行，该实验室为在超低温和高磁场下研究这些材料提供了独特的条件。

         “我们不得不发起合作，并多次前往 MagLab 进行这些实验，每次都在完善想法和方法，”Wu 说。 “超低温和高磁场对于观察这些新现象至关重要。”

         该研究建立在罗格斯大学领导的先前研究今年早些时候由 Chakhalian、Mikhail Kareev、Wu 和其他物理学家发表。 该报告描述了四年的连续实验如何导致一种新方法来设计和构建由外尔半金属和自旋冰组成的独特、微小、原子厚的结构。 量子异质结构很难制造，科学家们开发了一种机器来制造它：Q-DiP，量子现象发现平台的缩写。

         “在那篇论文中，我们描述了我们是如何制作异质结构的，“Chakhalian 说。 “新的科学进展论文是关于它能做什么。”

        除了查哈利安、吴、张和皮克斯利之外，罗格斯大学参与这项研究的研究人员还包括吴昂坤、迈克尔·特里利、方温和米哈伊尔·卡里耶夫。