物理学家创造了一种新的超薄两层材料，具有通常需要稀土化合物的量子特性。这种相对容易制造且不含稀土金属的材料可以为量子计算和推进非常规超导性和量子临界性的研究提供一个新平台。

（图片：Heikka Valja）

研究人员表明，通过从看似普通的材料开始，可以出现一种全新的物质量子态。这一发现源于他们努力创造一种量子自旋液体，他们可以用它来研究规范理论等新兴量子现象。这涉及制造单层原子级薄的二硫化钽，但该过程还会产生由两层组成的岛。

当研究小组检查这些岛屿时，他们发现两层之间的相互作用引发了一种称为近藤效应的现象，导致物质宏观纠缠状态产生重费米子系统。

近藤效应是磁性杂质和电子之间的相互作用，导致材料的电阻随温度变化。这导致电子表现得好像它们具有更大的质量，导致这些化合物被称为重费米子材料。这种现象是含有稀土元素的材料的标志。

重费米子材料在前沿物理学的几个领域都很重要，包括对量子材料的研究。'研究复杂的量子材料受到天然化合物特性的阻碍。我们的目标是生产人工设计的材料，这些材料可以很容易地在外部进行调整和控制，以扩大可以在实验室中实现的奇异现象的范围，”Peter Liljeroth 教授说。

例如，重费米子材料可以充当拓扑超导体，这可能有助于构建对环境噪声和扰动更稳健的量子比特，从而降低量子计算机的错误率。

Liljeroth 小组的博士生、该论文的第一作者 Viliam Vaňo 解释说，在现实生活中创造这个将极大地受益于拥有一个可以很容易地整合到电子设备中并在外部进行调整的重型费米子材料系统。

尽管新材料中的两层都是硫化钽，但它们的特性存在细微但重要的差异。一层表现得像金属，传导电子，而另一层则发生结构变化，导致电子定位到规则的晶格中。两者的结合导致了重费米子物理学的出现，这两个层都没有单独表现出来。

这种新的重费米子材料还为探测量子临界性提供了强大的工具。

何塞·拉多教授解释说，当材料开始从一个集体量子态移动到另一个量子态时，例如，从一个普通磁铁移动到一个纠缠的重费米子材料，它就会达到一个量子临界点。在这些状态之间，整个系统至关重要，对最轻微的变化做出强烈反应，并为设计更奇特的量子物质提供了一个理想的平台。

在未来，我们将探索系统如何对每个薄片相对于另一个薄片的旋转做出反应，并尝试修改层之间的耦合以将材料调整为量子临界行为。