超冷帶電原子組成同類最大二維晶體

科技日報2023年4月26日報道，奧地利科學家將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)建量子計算機。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電性等，但很難通過實驗了解每個原子如何實現(xiàn)這一點，也不可能在計算機上進行模擬。因此，自20世紀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，因斯布魯克大學海茵茨·海勒茲團隊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，海勒茲團隊用激光照射離子，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，此前曾有研究團隊制造出類似的二維晶體，但從未使用過超過20個離子，因為大量離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算中的量子比特。

（來源：科技日報）