超冷帶電原子組成同類最大二維晶體

科技日報(bào)2023年4月26日報(bào)道，奧地利科學(xué)家將105個帶電鈣原子冷卻到極低溫度，使其排列成二維晶體，得到了迄今最大的同類二維晶體，這一新晶體可用于研究量子材料或構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)。相關(guān)研究于2023年4月28日刊發(fā)在《PRX量子》雜志。

一些晶體會表現(xiàn)出有趣的量子行為，如不尋常的磁性或完美的導(dǎo)電性等，但很難通過實(shí)驗(yàn)了解每個原子如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，也不可能在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬。因此，自20世紀(jì)90年代以來，研究人員一直在嘗試將極冷的原子組裝成模型晶體，以精確地操縱這些晶體并對其成像，從而研究晶體的有關(guān)理論。

在最新研究中，因斯布魯克大學(xué)海茵茨·海勒茲團(tuán)隊(duì)使用激光和金屬芯片，在一個由金屬和玻璃制成的微型真空內(nèi)，用105個帶電的鈣原子（離子）制造出了迄今最大的同類超冷晶體。

為使離子變得非常冷，海勒茲團(tuán)隊(duì)用激光照射離子，使其失去足夠的能量，變得幾乎和絕對零度一樣冷。此外，研究人員依靠芯片施加在離子上的電磁力，以及每個離子施加在相鄰離子上的電磁場，將105個離子推入一個平坦的間隔均勻的煎餅形狀的網(wǎng)格中，形成晶體形狀。

海勒茲解釋稱，此前曾有研究團(tuán)隊(duì)制造出類似的二維晶體，但從未使用過超過20個離子，因?yàn)榇罅侩x子會由于彼此之間不受控制的相互作用或各種意外加熱而四處亂竄，而他們使用激光和芯片將所有抖動限制在一個方向，然后用垂直于該方向的額外激光束撞擊離子，以將離子限定于特定方向。

研究人員表示，新晶體不僅穩(wěn)定，而且是二維的，很像現(xiàn)有的超薄量子材料，晶體內(nèi)的每個離子也可用作量子計(jì)算中的量子比特。

（來源：科技日報(bào)）