量子材料化學(xué)研究的多尺度視角

史國(guó)強(qiáng), 薛冬峰

(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 多尺度晶體材料研究中心,廣東 深圳 518055)

目前，量子材料的研究方興未艾[1-11]，從多尺度本質(zhì)上看量子材料可以理解為一種具有超越電子貢獻(xiàn)的能量來(lái)源的功能材料。量子材料的發(fā)展促進(jìn)了量子科技領(lǐng)域技術(shù)的迭代創(chuàng)新。基于對(duì)單個(gè)量子態(tài)的操控，量子科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)了新的方向和新的生命力，爆發(fā)了第二次量子革命[12]。量子材料在前沿技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展，即通過(guò)量子態(tài)作為信息的載體應(yīng)用于量子計(jì)算、量子探測(cè)以及量子通信等[13-22]。基于量子材料的研究，人們打開(kāi)了對(duì)微觀體系的量子態(tài)進(jìn)行精確的檢測(cè)與調(diào)控的大門(mén)，同時(shí)也更加直觀的了解到了物質(zhì)的量子本質(zhì)，為人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)的本質(zhì)提供了多尺度的視角。量子材料一直以來(lái)都被認(rèn)為是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的標(biāo)簽，令大批的化學(xué)家望而卻步。由于尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)往往被經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)所掩蓋，在宏觀上不表現(xiàn)出量子效應(yīng)，量子材料中的各自由度相互耦合，并且在外場(chǎng)的作用下會(huì)有一定的響應(yīng)[23]，如圖1所示。通常需要借助包括低溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)以及超快激光等極端條件觀測(cè)量子效應(yīng)，嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)條件限制了量子材料研究與發(fā)展。我國(guó)針對(duì)量子調(diào)控與量子信息領(lǐng)域的重大科學(xué)問(wèn)題和瓶頸技術(shù)布局的“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)表明未來(lái)信息技術(shù)和社會(huì)發(fā)展對(duì)量子材料的重大需求。基于此，需要在量子材料研究方面投入大量的精力，開(kāi)展多學(xué)科融合的研究。……