一样有变化量子振荡的新定律类似于俄罗斯娃娃

在物理学家看来，每种物质都相当于一个神秘的宇宙。探索材料中的量子振荡，电子浓度和电导率的“宇宙信息”可以帮助科学家判断这些材料是否为金属，半导体，绝缘体，然后确定可以用于制造计算机，芯片和其他设备的设备。人员选择。”

北京大学物理学院量子材料科学中心研究员王健和三年研究小组的谢新成研究了三维分层地形材料的磁阻行为，并发现了一种新的量子振荡定律。量子振荡，其中电阻随磁场的对数周期性变化。振荡中出现的磁场值是成比例的，就像俄罗斯玩偶的大小一样。这是仅在重要发现（例如SdH振荡和AB效应）之后才知道的第三次周期性量子振荡。在过去的90年中，它被称为量子振荡历史中的“新篇章”。

从拓扑材料中发现“意外的快乐”

拓扑是某些“高度寒冷”词汇的专业人士，近年来已成为科学家的“宠儿”，并且变得越来越热。

拓扑最初是一个数学概念，描述了几何形状保持不变，没有连续的撕裂和未切割的变形。自1970年代以来，三位学者介绍了物理拓扑学的概念，并于2016年获得了诺贝尔物理学奖。

拓扑材料的研究不仅使我们了解物质的奇异结构和电子状态，而且为电子，信息技术和超导性领域带来了新的应用，也可能有助于子计算机的发展。在过去的十年中，来自世界各地的科学家竞相研究拓扑材料，并努力抓住这一领域的制高点。

自2010年以来，北京大学物理学院量子材料科学中心教授王健开始研究拓扑材料。当时，该领域的国内研究才刚刚开始，拓扑材料电传输的研究是其在该设备中的未来应用。键。 “限制芯片集成技术的瓶颈是器件的散热问题。如果温度过高，则器件会“被击打”。如果可以减少电子之间的碰撞，则可以避免高热量且能耗低。拓扑材料是一种用于低能耗或非能耗电子产品的候选材料。如果将其用于制造相关设备，它们将彻底改变下一代信息技术。”

2015年后，王健的研究小组开始在实验室中研究氧化锆晶体的拓扑特性，结果是“意想不到的快乐”。

对数定律的量子振动是一个普遍定律

“我们在铋锆单晶的高质量三维分层拓扑材料中发现了一种新的量子振荡定律。”王健仍然忍不住抬起嘴。

所谓的量子振荡是指某种物理量的固体材料。随着磁场的变化，量子效应所表现出的振荡现象是磁阻振荡的共同现象。

人类最早发现的量子振荡始于1930年，当时Lev Shubnikov和WJ de Haas观察到半金属锗单晶材料中的电阻与磁场的关系。往复周期性变化的定律称为SdH振荡。这是人类观察到的第一个宏观量子效应。目前，SdH振荡已成为检测材料物理性能的重要实验手段。

此后，科学家发现了AB效应，它是一种与电子干扰行为相对应的量子效应。它的量子振荡似乎随磁场而周期性变化。

王健团队发现的量子振荡定律不同于前两个周期性的量子振荡，即电阻随磁场的对数周期性地振荡。 “发生量子振荡的磁场的值在数学上成正比。例如，施加3 Tesla的磁场将引起振荡；当添加大约9,27 Tesla的磁场时，将会再次发生振荡。我们观察到一个具有五个对数振荡周期的明显结构。这就像一个俄罗斯玩偶，每个玩偶的结构和样式相同，但大小不同。“

王健打个比方。这一特征在动物学，金融危机，地震和湍流等许多研究领域中得到了体现。 “例如，每个相位差的大小为1级，能量差大约为32倍，第9级地震的能量是第8级地震的能量的32倍，第8级地震的能量是是7级地震的32倍，那么9级地震的能量是7级。大约是地震的1000倍。”

今年9月，王健的研究小组在《国家科学评论》发表了一篇新文章，以宣布最新的研究结果。他们还发现了拓扑材料中具有对数周期性变化的量子振荡。 “这意味着对数定律的量子振荡在拓扑材料中可能是普遍存在的，并且是普遍定律。”

揭示材料中的新电子状态

这种新颖的量子振荡定律已经通过不同的样品，不同的磁场强度和不同的实验设备进行了一年多的验证。王健团队将样品带到武汉国家脉冲磁场科学中心进行验证。他们施加的磁场强度最大为58特斯拉，相当于地球磁场强度的116万倍。发现磁场强度越高，量子振荡越明显。

“而且，这种量子振荡定律在较高温度范围内仍然存在。大多数量子效应在绝对零附近（-273摄氏度附近）显而易见。随着温度的升高，量子效应将逐渐减弱，但我们仍然可以看到在-173摄氏度的量子振荡。”

对数周期量子振荡揭示了材料中的一种新电子状态，扩展了科学家对材料中量子振荡的认识。但是，该法的应用意义还有待发现。

王健说，通常很难确定新法律中是否存在重要的应用价值，需要对其进行时间检验。正如开始时发现SdH振荡一样，它一直静默无声。直到多年以后，人们才发现它可用于测量固体材料中的电子结构，并获得重要的参数（例如载流子迁移率和电子浓度）来确定材料的潜在用途。例如，流行的材料石墨烯的一个典型优势是极高的载流子迁移率，这是常用硅的140倍，这是石墨烯已成为新器件重要候选人的原因之一。