在“奇怪的金属”中发现纠缠在量子临界中的纠缠作用的直接证据

前大米大学研究生新伟李于2016年与太赫兹光谱仪，他后来用来测量传导电子的缠结流过“奇特·金属”化合物的镱，铑和硅化合物。

在一项新的研究中，美国和奥地利物理学家在量子临界材料中观察了“数十亿的数十亿”中的量子缠结。

本周在科学中出现的研究检测了镱，铑和硅的“奇怪金属”化合物的电子和磁性，因为它都接近并通过了两个研究良好的量子相之间的边界处的临界过渡。

研究共同作者的Qimiao Si Qimiao Si，Quiermo Si of Rice提供了纠正了纠缠在纠缠在纠缠的纠缠作用时最强烈的直接证据。

Junichiro Kono（左）和Qimiao Si在2019年12月的Kono的赖斯大学实验室。

“当我们考虑量子纠缠时，我们考虑小事，”Si说。“我们不会将其与宏观对象相关联。但在量子临界点，事情是如此集体，即我们有机会看到缠结的影响，即使在包含数十亿的量子机械对象的金属薄膜中也是如此。“

SI，一个大量材料（RCQM）的理论物理学家和米饭中心主任，已经花了超过二十年的研究，如奇怪的金属和高温超导体更换量子相。更好地理解这些材料可以在计算，通信等中打开新技术的大门。

国际团队克服了几个挑战来实现结果。Tu Wien研究人员开发了一种高度复杂的材料合成技术，用于生产含有一部分铑和硅（YBRH2SI2）的尤其ytterbium的超纯膜。在绝对零温度下，该材料经历从一个量子相的过渡，该量子阶段形成磁性顺序的另一个量子相。

Vienna理工大学的物理学家SilkeBühler-Paschen。

在米饭中，研究联合领导作者新威李，然后是共同作者和rcqm会员junichiro kono实验室的研究生，在低至1.4 kelvin的温度下对薄膜进行了太赫兹光谱实验。太赫兹测量结果揭示了YBRH2SI2薄膜的光导率，因为它们被冷却至标记从一个量子相到另一个量子相的转变的量子临界点。

“具有奇怪的金属，电阻和温度之间存在不寻常的连接，”Tu Wien的固态物理研究所的相应作者SilkeBühler-Paschen表示。“与铜或金这样的简单金属对比，这似乎是由于原子的热运动，而是在绝对零温度下的量子波动。”

为了测量光学电导率，LI闪烁在薄膜顶部的太赫兹频率范围内的相干电磁辐射，并分析了作为频率和温度函数通过的太赫兹光线的量。作者说，实验揭示了“频率超过温度缩放”，这是量子临界性的迹象。

前赖稻大学研究生新威李（左）和2016年俊茶教授李jun康师李河李河李施用于ybrh2si2中的量子纠缠。

KONO，赖斯棕色工程学院的工程师和物理学家表示，测量为李痛苦，现在是加州理工学院的博士后研究员。例如，仅闪闪发光到探测器的样品上的太赫兹辐射的一部分，并且重要的测量是在不同温度下升高或落下的分数。

“透射了总太赫兹辐射的少于0.1％，并且信号是频率函数的导电性变化的信号，其中的另一个百分之几，”Kono说。“花了很多时间才能在每个温度下拍摄可靠的数据，超过许多测量，有必要采取多项数据，以证明缩放的存在。

“辛威非常耐心，持久，”凯诺说。“此外，他仔细处理了他收集的大量数据，以展开缩放法，这对我来说非常令人着迷。”

使电影更具挑战性。为了使它们稀释足以通过太赫兹光​​线，Tu Wien团队开发了独特的分子束外延系统和精细的生长程序。在精确的1-2-2比例中同时从单独的来源蒸发镱，铑和硅。由于蒸发铑和硅所需的高能量，系统需要具有两个电子束蒸发器的定制超高真空室。

“我们的野货卡正在寻找完美的基质：锗，”Tu Wien毕业生Lukas Prochaska是一家学习联合主导作者。锗对太赫兹透明，并且“某些原子距离（即）实际上与YBRH2SI2中的Ytterbium原子之间的那些相同，这解释了薄膜的优异品质”。“

Si回忆起在15年前探讨了Bühler-Paschen的实验，当他们探索测试一类新的量子临界点的手段时。他们与同事推进的量子临界点的标志是旋转和收费之间的量子缠结是至关重要的。

“在磁量子临界点，传统智慧决定只有旋转部门将是至关重要的，”他说。“但如果充电和旋转部门量子缠绕，电荷扇区也将最终保持关键。”

当时，该技术无法测试假设，但到2016年，情况发生了变化。Tu Wien可以种植电影，米最近安装了一种功能强大的显微镜，可以扫描它们的缺陷，并且Kono有太赫兹光谱仪测量光学导电仪。在Bühler-Paschen的Sabbational访问期间，当年，她，Si，Kono和Rice Microscopy专家Emilie Ringe获得了通过米饭的新建立的创意企业计划的跨学科卓越奖项来追求项目。

“概念上，这真的是一个梦想的实验，”Si说。“在磁量子临界点处探测电荷扇区，看看是否具有动态缩放是至关重要的。如果您没有看到任何集体，那是缩放，临界点必须属于一些教科书类型的描述。但是，如果你看到一些单数，这实际上我们所做的那么，这是量子临界量的量子缠结性质是非常直接和新的证据。“

SI说，进入这项研究的所有努力都非常值得，因为结果具有深远的影响。

“量子纠缠是储存和处理量子信息的基础，”SI说。“同时，据信”量子临界性旨在推动高温超导性。因此，我们的研究结果表明，相同的潜在物理学 - 量子临界性 - 可以导致量子信息和高温超导性的平台。当一个人想到这种可能性时，人们不禁令人惊叹于自然的奇迹。“

参考：L. prochaska，X. Li，DC MacFarland，AM Andrews，M. Bonta，EF Bianco，S. Yazdi，W.Schrenk，H. Dembeck，H. detz，A. Dembeck，A.Imbeck，A. Limbeck，A.Imbeck，Q. 。SI，E.Ringe，G. Strasser，J.Kono和S. Paschen，17年1月20日，Science.Doi：
10.1126 / science.aag1595.

Si是哈里C.和奥尔加K. Wies in Phy的物理和天文学系。KONO是大米电气和计算机工程，物理学和天文学部门的教授，物理学和天文学，材料科学和纳米工程和稻米应用物理研究生课程主任。Ringe现在在剑桥大学。

其他共同作者包括Maxwell Andrews，Maximilian Bonta，Werner Schrenk，Andreas Limbeck和Gottfried Strasser，所有Tu Wien; Hermann Detz，以前在涂尔维恩和目前在布尔诺大学; Elisabeth Bianco，以前的大米和目前在康奈尔大学; Sadegh Yazdi，以前的大米，目前在科罗拉多大学博尔德;和联合主导作者唐纳德·麦克兰州，以前在涂维恩和目前在布法罗大学。

该研究得到了欧洲研究办公室（ERC-227378），陆军研究办公室（W911NF-14-1-0496，W911NF-17-1-0259，W911NF-14-1-0525），奥地利科学基金（ FWF-W1243，P29279-N27，P29296-N27），欧盟地平线2020计划（824109-EMP），国家科学基金会（DMR-1720595，DMR-1920740，PHY-1607611），Robert A. Welch Foundation（ C-1411），LOS Alamos国家实验室和赖斯大学。

RCQM利用全球伙伴关系和20多个水稻研究小组的优势来解决与量子材料相关的问题。RCQM得到了赖斯的普通办事处和研究的副总比，副竞技，自然科学院，布朗工程学院，Smalley-Curl研究所和物理学和天文学部门，电气和计算机工程和材料科学和纳米工程。