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 文／陳根

在日常生活中，相變通常與溫度有關，例如冰塊遇暖融化。但是，取決于其他參數的改變，例如磁場，存在著不同類型的相變。為了理解材料的量子特性，當相變直接發生在溫度的絕對零點時，它們會產生十分有趣的轉變，這些轉變稱為“量子相變”或“量子臨界點”。

通常情況下，量子臨界行為發生在金屬或絕緣體中。但近日，研究人員在一種半金屬中發現了這一行為。該材料是一種鈰、釕和錫的化合物，其特性介于金屬和半導體之間。另外，量子臨界只能在非常特殊的環境條件下產生，需要一定的壓力或電磁場。然而，令人驚訝的是，這種半金屬在沒有受到外部影響的情況下也能產生量子臨界。

這一結果可能與材料中電子的特殊行為有關。該材料擁有一個高度相關的電子系統，這意味著電子之間有會產生很強的相互作用，即所謂的近藤效應。此外，在這里，材料中的一個量子自旋會被它周圍的電子所屏蔽，致使該自旋不再對材料的其他部分有任何影響。

如果只有相對較少的自由電子，如半金屬中的情況，那么近藤效應是不穩定的。這可能是該材料量子臨界行為的原因所在，即系統在有近藤效應的狀態和無近藤效應的狀態之間波動。

這一結果之所以如此重要，主要是因為它被猜測與“Weyl費米子”現象相關。在固體中，Weyl費米子可以以準粒子的形式出現，即作為集體激發，如池塘中的波浪。

根據理論預測，這種Weyl費米子應該存在于這種材料中。然而，實驗還沒有找到，但科學家們懷疑他們觀察到的量子臨界性有利于Weyl費米子的出現。量子臨界波動可能對Weyl費米子有穩定作用，其方式類似于高溫超導體中的量子臨界波動將超導庫珀對固定在一起。

一般來說，某些量子效應，即量子臨界漲落、近藤效應和Weyl粒子與新發現的物質緊密纏結在一起，它們共同產生了奇特的魏爾·康多狀態。這些是具有高度穩定性的“拓撲”狀態，與其他量子狀態不同，這些狀態不能輕易地被外部干擾破壞，因此對于量子計算的制造具有重要意義。

為了驗證這一切，科學家們將在不同的外部條件下進行進一步的測量，他們預測在其他材料中也可以發現量子效應的相似相互作用。未來，這可能會導致新材料的設計概念發生改變。