圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

量子科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種罕見的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象可能是在量子設(shè)備中創(chuàng)造一個在絕緣體和超導(dǎo)體之間切換的“完美開關(guān)”的關(guān)鍵。這項由英國布里斯托爾大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)并發(fā)表在新一期《科學(xué)》雜志上的研究發(fā)現(xiàn)，紫銅中存在這兩種相反的電子態(tài)。

在熱或光等小刺激的推動下，材料中的微小變化可能會引發(fā)從零電導(dǎo)率的絕緣狀態(tài)到無限電導(dǎo)率的超導(dǎo)體狀態(tài)的瞬時轉(zhuǎn)變，反之亦然。這種極化的多功能性被稱為“涌現(xiàn)對稱性”，有可能在未來的量子技術(shù)發(fā)展中提供理想的開關(guān)。

在沒有磁場的情況下，紫銅的電阻高度依賴于電流的引入方向。其溫度依賴性也相當(dāng)復(fù)雜。在室溫上下，電阻是金屬性的，但隨著溫度降低，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，材料似乎變成了絕緣體。然后，在最低溫度下，當(dāng)它轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體時，電阻再次直線下降。

研究人員表示，盡管有這種復(fù)雜性，但磁阻卻極其簡單。無論電流或磁場的排列方向如何，它基本上是相同的，并且從室溫到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度一直遵循完美的線性溫度依賴關(guān)系。

對稱性破缺現(xiàn)象一般指冷卻時電子系統(tǒng)對稱性的降低。冰晶中水分子的復(fù)雜排列就是這種對稱性破缺的一個例子。但相反的情況是罕見的。也就是說，在實驗中證明這種涌現(xiàn)對稱性非常具有挑戰(zhàn)性。這就好比當(dāng)冰進一步冷卻時，冰晶的復(fù)雜性再次“融化”成像水滴一樣對稱和光滑的東西。

為了進一步測試該理論是否成立，研究人員研究了100個單獨的晶體，其中一些是絕緣的，另一些是超導(dǎo)的。不同晶體表現(xiàn)出不同基態(tài)，研究發(fā)現(xiàn)了一條可在紫銅中識別涌現(xiàn)對稱性的路徑。

研究人員稱，想象有一個魔術(shù)戲法，一個沉悶、扭曲的人物變成一個美麗的、完美對稱的球體，這就是涌現(xiàn)對稱性的本質(zhì)。這個“人物”就是紫銅，而魔術(shù)師是自然本身。

展望未來，科學(xué)家可能會利用這種性質(zhì)在量子電路中創(chuàng)造“開關(guān)”，通過微小的刺激導(dǎo)致開關(guān)電阻發(fā)生深刻的、數(shù)量級的變化。

總編輯圈點

一些物理性質(zhì)，看似自相矛盾，但也可以成為一枚硬幣的兩面。用合適的力道和角度將硬幣拋出，落下時，它便能展示出你想要的正面或者背面。超導(dǎo)體和絕緣體，零電阻和無限電阻，也能在同一種物體上奇妙共生。這種同時擁有超導(dǎo)體和絕緣體性質(zhì)的材料，適合作為電路的邏輯開關(guān)。在本文中，讓紫銅導(dǎo)電能力發(fā)生轉(zhuǎn)變的因素是電流的引入方向和溫度。找到轉(zhuǎn)變的規(guī)律，人類就成為真正的“魔術(shù)師”，稍做刺激，便能讓電阻發(fā)生數(shù)量級變化。