在可能存在于量子材料中的所有奇特的物質(zhì)狀態(tài)中，隨著溫度，電子密度和其他因素的變化而爭先恐后，一些科學(xué)家認(rèn)為，在一個(gè)稱為量子臨界點(diǎn)或QCP的因素的單個(gè)相交處存在特別奇怪的并置。

能源部SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家，斯坦福大學(xué)材料與能源科學(xué)研究所(SIMES)的研究人員李維生說：“量子臨界點(diǎn)是一個(gè)非常熱門的問題，對許多問題也很有趣。” “有些人認(rèn)為它們甚至是黑洞，從某種意義上說它們是奇異的-量子材料中物質(zhì)不同狀態(tài)之間的點(diǎn)狀交點(diǎn)-當(dāng)您接近它們時(shí)，您會得到各種非常奇怪的電子行為。 ”

Lee和他的合作者今天在《自然物理學(xué)》上報(bào)道說，他們已經(jīng)找到了強(qiáng)有力的證據(jù)證明存在QCP及其相關(guān)波動。他們使用一種稱為共振非彈性X射線散射(RIXS)的技術(shù)來探測氧化銅材料(或銅酸鹽)的電子行為，該材料在相對較高的溫度下能以最佳效率導(dǎo)電。

這些所謂的高溫超導(dǎo)體是一個(gè)繁華的研究領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兛赡芤鹉芰康牧銖U物傳輸，節(jié)能運(yùn)輸系統(tǒng)和其他未來技術(shù)，盡管沒人知道高溫超導(dǎo)背后的潛在微觀機(jī)制。然而。銅酸鹽中是否存在QCP也是一個(gè)備受爭議的問題。

在英國的鉆石光源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，研究小組將銅酸鹽冷卻至90開爾文(低于183攝氏度)以下的溫度，使其超導(dǎo)。他們將注意力集中在所謂的電荷順序上-在材料中交替排列的條紋，其中電子及其負(fù)電荷更密集或更稀疏。

科學(xué)家用X射線激發(fā)了銅酸鹽，并測量了散射到RIXS檢測器中的X射線光。這樣一來，他們就可以繪制出激發(fā)如何在材料的原子晶格中以細(xì)微振動或聲子的形式在材料中傳播的方法，這些振動很難測量且需要非常高分辨率的工具。

同時(shí)，X射線和聲子可以激發(fā)帶電條紋中的電子，從而引起條紋波動。由于RIXS獲得的數(shù)據(jù)反映了電荷條紋的行為與聲子的行為之間的耦合，因此觀察聲子也使研究人員也可以測量電荷階條紋的行為。

科學(xué)家希望看到的是，當(dāng)電荷序條變得越來越弱時(shí)，其激勵(lì)也會消失。李說：“但是我們觀察到的結(jié)果很奇怪。” “我們看到，在超導(dǎo)狀態(tài)下電荷階次變?nèi)鯐r(shí)，電荷階次激發(fā)變強(qiáng)。這是一個(gè)悖論，因?yàn)樗鼈儜?yīng)該并駕齊驅(qū)，這就是人們在其他電荷階次系統(tǒng)中所發(fā)現(xiàn)的。”

他補(bǔ)充說：“據(jù)我所知，這是關(guān)于電荷順序的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，表明了這種行為。有人認(rèn)為，這是系統(tǒng)靠近量子臨界點(diǎn)時(shí)發(fā)生的情況，其中量子漲落變得如此強(qiáng)烈，以至于熔化了電荷順序就像加熱冰會增加其剛性原子晶格中的熱振動并將其融化成水。不同之處在于，量子融解原則上是在零溫度下發(fā)生的。” Lee說，在這種情況下，用RIXS看到的出乎意料的強(qiáng)電荷序激發(fā)就是那些量子漲落的表現(xiàn)。

Lee說，研究小組現(xiàn)在正在更寬的溫度范圍和不同的摻雜水平下研究這些現(xiàn)象，其中添加了化合物以改變材料中自由移動的電子的密度，以了解它們是否可以精確地確定量子臨界點(diǎn)重點(diǎn)可能在這種材料中。

SIMES的理論家，該報(bào)告的資深作者Thomas Devereaux指出，物質(zhì)的許多階段都可以與銅酸鹽和其他量子材料交織在一起。

他說：“超導(dǎo)狀態(tài)，磁狀態(tài)，電荷序帶等都糾纏在一起，可以同時(shí)出現(xiàn)在所有狀態(tài)中。” “但是我們陷入了傳統(tǒng)的思維方式，認(rèn)為它們必須是一種或另一種方式。”

他在這里說：“我們發(fā)揮了作用，衛(wèi)勝正試圖對其進(jìn)行詳細(xì)測量，以期觀察正在發(fā)生的事情。”