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量子磁体 ， 在无耗散电流、高存储容量和未来绿色技术方面是一类很有应用前景的平台 。 据美国"优睿科"网站7月22日消息称 ， 美国普林斯顿大学领导的国际研究团队在本周的《自然》杂志中报道 ， 他们在一种原始磁体中发现了量子化的拓扑相位 ， 而这种磁体与新型量子效应相关的特性可以延伸至室温环境中 。
这一发现为三十年前的“电子如何自发量子化”的争论提供了新见解 ， 并展示了一种可用于发现新型拓扑磁体的原理证明方法 。
这一成果与量子霍尔效应（QHE）密切相关 。 QHE是一种拓扑效应 ， 针对QHE的研究衍生出了拓扑学 。 这门学科首次从根本上改变了人类描述、分类组成周围世界的物质的方式 。
目前 ， 科学家们已经发现了许多具有拓扑电子结构的新型量子材料 ， 包括拓扑绝缘子和韦尔（Weyl）半金属 。 然而 ， 部分最激动人心的理论的成立需要以磁性为基础 ， 而物理学家探索的大多数材料都是非磁性的 ， 并且没有显示出量子化的迹象 。
项目负责人、普林斯顿大学物理学教授M.Zahid Hasan介绍：“电磁拓扑材料的发现与量子化行为分析是该领域的巨大突破 ， 这为未来基础物理学领域的研究 ， 以及下一代设备的研制打开了新世界 。 ”
在过去的几十年中 ， 随着实验科学的进步 ， 理论物理学也发展出了各种新理论 ， 为获得新测量结果奠定了基础 。 1988年 ， 普林斯顿大学数学物理学教授F.Duncan Haldane提出了涉及二维拓扑绝缘体的重要概念 。 2016年 ， 他因为拓扑相变和物质拓扑相位方面的贡献而被授予了诺贝尔物理学奖 。
随后的理论发展表明 ， 一种具有卡格美晶格（kagome lattice）的拓扑绝缘体具有的磁性 ， 可以承载某些最奇异的量子效应 。
目前 ， 该研究小组在理论和实验上的探索重点 ， 已经转移到数十种与TbMn6Sn6结构相似的化合物上 。 这类卡格美晶格化合物具有各种各样的磁性结构 ， 而且都自带个性化的量子拓扑特征 。
论文作者、高级博士后研究员Jia-Xin Yin评论：“量子极限Chern相位的可视化实验结果 ， 展示出一种发现新型拓扑磁体的原理验证方法 。 ”
Hasan补充道：“这个成果的重要性堪比在系外行星发现水 。 它开辟了量子物质拓扑研究的最新前沿阵地 ， 我们在普林斯顿的实验室正是为此目的而进行优化的 。 ”
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编译：朱明逸审稿：alone 责编：雷鑫宇
期刊来源： 《自然》
期刊编号： 0028-0836
原文链接： https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-07/pu-psd072220.php
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标题：拓扑|科学家发现一种能够产生奇异量子效应的拓扑磁体