突破極限！科學家成功合成全新量子結構 磁單極子與韋爾費米子首度共存

研究團隊近日創造出一種被認為不可能存在的量子結構，這項突破性成果來自兩種特殊材料的結合：鈦酸鏑與鈦酸銥。這兩種材料各自擁有獨特的量子特性，當它們在原子層級完美結合時，將為量子科技帶來革命性發展。

第一種材料鈦酸鏑是一種無機化合物，在核反應爐中扮演關鍵角色——它能有效捕捉放射性物質。但更令人驚艷的是，這種材料內部存在著自然界極為罕見的「磁單極子」現象。一般來說，宇宙中所有具有磁場的物體都同時具有南北兩極，即使將磁鐵一分為二，得到的仍是兩個具有雙極的磁鐵。雖然理論預測真空中可能存在磁單極子，但至今尚未發現。然而在「自旋冰」材料（如鈦酸鏑）中，科學家觀察到了類似磁單極子的準粒子。

第二種材料鈦酸銥則是一種新型磁性半金屬，雖然應用價值不如鈦酸鏑，但它擁有另一種獨特的準粒子——韋爾費米子。這個近百年前就被預測存在的粒子，直到最近才在韋爾半金屬中被發現。

將這兩種材料的原子級薄層完美結合絕非易事。研究團隊開發了名為「Q-DiP」（量子現象發現平臺）的特殊儀器，利用紅外線雷射加熱材料，並在原子層級精確排列化合物結構。

羅格斯大學首席研究員Jak Chakhalian教授表示：「這項研究是材料合成領域的重大突破，將顯著影響量子感測器和自旋電子元件的發展。據我們所知，這項探測技術在美國是獨一無二的，代表著儀器發展上的重大進步。」

目前團隊正在深入研究這種新型材料的特性，這些特性可能在量子感測器和量子計算領域找到應用。Chakhalian補充道：「這項工作開闢了設計全新人工二維量子材料的新途徑，不僅能推動量子技術發展，更能以前所未有的方式深入理解這些材料的基本特性。」

這項突破性研究成果已發表於《奈米快報》期刊，為量子科技發展開啟了嶄新篇章。