【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】由于在量子材料中发现了可以自行组装的功能电子接口，设备工程的潜在革命可能正在进行。这说明了如果可以学会控制和利用的属性接口的量子材料，这可能会导致新一代的设备超出我们目前的想象力，马克Janoschek洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家，他与大卫洛斯阿拉莫斯的共同领导的国际研究小组的发现。研究结果发表在《自然物理》杂志上。然而由于量子材料在化学上比传统材料(如半导体)要复杂得多，所以制造干净的量子材料界面仍然是一个挑战。

在量子材料中，一个自发形成的界面的图形被显示出来。在顶部和底部被研究材料的原子(绿点)携带一个磁矩(红色箭头)指向相反的方向。在这些层中，这些磁矩与周围的电子(黑点)无关。中心层类似于一个电子接口，在这个界面中，原子不带有磁矩，因为它们被周围电子的磁矩(黑色箭头)屏蔽。筛选效果通过一个蓝色的筛选云来突出显示。在磁性和非磁性层中，原子内电子的散射是不同的，这可能被用于新的功能。图片版权：Los Alamos National Laboratory

以量子力学定律而非经典力学为特征的材料通常具有超导性。但广泛的研究表明，在两种材料之间的界面上，量子材料的显著特性可以得到强烈的增强，或者可能出现全新的功能特性。材料接口的重要性的一个例子是晶体管，它的功能是基于通过光刻等技术人工设计的半导体界面产生的物理效应。晶体管是当今电子设备的基础。量子材料的复杂性常以量子级上各种相互作用的竞争为特征。这种复杂性同时也提供了一个解决方案，结合广泛的中子能谱测量从橡树岭国家实验室(ORNL)的散裂中子源(SNS)，国家标准与技术研究院(NIST)中子研究中心(NCNR)，英国的中子和μ介子源(ISIS)和二在慕尼黑研究反应堆(Heinz-Mayer-Leibnitz纳II)在德国中心的详细理论建模。

在SNS中进行光谱测量的ORNL科学家Georg Ehlers说：中子光谱学测量在某些金属中是至关重要的，在某些金属中，各种相互作用之间的竞争可以通过一个状态的自发形成来解决，在这种状态下，电子和磁性的性质会周期性地交替出现。这种周期安排导致交替的材料层之间的界面，类似于工程异质结构的界面。然而本研究中发现的自发自组装接口具有较大的优势，它们本质上是清洁的，并且相关的参数，如界面厚度可以通过外部参数如磁场或温度来调节。

由Fobes和该团队确定的基本成分是几种量子材料的共同特征，并表明这些内在的和可调的接口可能更频繁。学习控制这种内在量子接口的自组装，反过来又有可能使设备设计发生革命性的变化，在这种设计中，设备并非是制造的，而是通过基础原子尺度相互作用的量子工程自发形成的。此外这些设备可以使用外部参数进行调整和重新配置，可能允许设计高度自适应的电子设备。

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参考：Nature Physics

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：洛斯阿拉莫斯国家实验室

编译：光量子

审校：博科园

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