稀有金属“紫青铜”可以制成完美的量子开关器件

对于一种材料来说，超导性和电绝缘性是相邻的，而不是相反的。

当条件合适时，紫青铜有 50/50 的机会充当超导体或绝缘体。

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紫青铜材料具有前所未有的在电状态之间变化的能力，根据物理条件的微小变化成为绝缘体或导体。

紫色青铜听起来像是一个矛盾的术语——这不是定义铜和锡混合的一部分吗？它明显是非紫色的？更令人困惑的是，这种被称为紫青铜的化合物不含定义一个时代的金属元素。全称锂钼紫青铜，化学式为Li0.9Mo6O17。这种元素的组合对于量子数据处理时代来说可能不像 4000 年前的原始青铜那么重要，但它仍然可以使新事物成为可能。

固态科学家已经对紫青铜的三维晶体与一维金属的行为方式很感兴趣，在发现紫青铜的电特性很容易改变之后，它必将吸引更多的关注。

接近绝对零，紫青铜通常是超导体，对电流没有任何阻力。虽然材料范围不断扩大，但紫青铜的独特之处在于，只需温度或什至光照的微小变化，就能从超导性转变为莫特绝缘体（莫特绝缘体是理论错误预测会导电的材料）。再次将温度提高到人类舒适的温度，它就会变成普通导体。

如果互联网只是一系列管道，那么计算机就只不过是一系列交换机。备受瞩目的量子计算革命的可行性在很大程度上取决于轻松翻转许多开关的能力，这使得紫青铜的品质变得非常重要。

布里斯托大学教授奈杰尔·赫西 (Nigel Hussey) 表示：“这段非凡的旅程始于 13 年前，在我的实验室，两名博士生徐晓峰 (Xiaofeng Xu) 和尼克·韦克汉姆 (Nick Wakeham) 测量了紫青铜的磁阻（磁场引起的电阻变化）”。一份声明。 

如果没有磁场，紫青铜的行为就像一个二极管，允许电流朝一个方向流动，但不能朝另一个方向流动。然后就是上述对温度的异常反应。磁场往往会使事情变得复杂，但在这种情况下，研究小组发现了相反的情况。在中等强度的磁场中，紫青铜的电导率变得与温度呈线性相关，直到超导开始。

“由于找不到对这种令人费解的行为的连贯解释，这些数据在接下来的七年里一直处于休眠状态且未发布。像这样的中断在量子研究中是不寻常的，尽管其原因并不是缺乏统计数据，”赫西补充道。

赫西偶然遇到了 Piotr Chudzinski 博士，他认为紫青铜的行为可以归因于“暗激子”，即行为类似于粒子但实际上不是粒子的物体，以及它们与电子相互作用的方式。赫西和查津斯基设计的实验证实了这一点。

现在，这次合作展示了该材料迄今为止最显着的特性。在适当的条件下，紫青铜是超导体或绝缘体的可能性实际上是 50/50。由于两个相反的状态被薄薄的屏障隔开，因此很容易从一种状态切换到另一种状态，然后再返回。

当物质冻结时，它们会失去对称性。紫青铜的电学行为也有类似的作用，但当条件足够冷时，它会奇怪地恢复对称性。

“这种物理对称性是一种不寻常的现象，随着温度降低而在金属中发展出这种对称性，因此术语‘涌现对称性’将构成世界首创，”赫西说。

作者用三种材料晶体测试了紫青铜的对称性，其中两种在非常低的温度下变得超导，另一种则没有。探索这些样本的共性和差异有助于揭示奇怪行为的原因。

“想象一下一个魔术，将一个暗淡、扭曲的人物变成一个美丽、完美对称的球体，”楚津斯基说。 “简而言之，这就是涌现对称性的本质。所讨论的人物是我们的材料，紫青铜，而我们的魔术师是大自然本身。 ” 

该研究发表在《科学》杂志上。