MIT的理论物理学家提出,在特定条件下,一些材料中看似矛盾的量子态——超导性与磁性——可能通过一种被称为“任意子”的准粒子得到解释。此前,多数观点认为这两种量子态难以在同一材料中同时存在。
研究团队在发表于《美国国家科学院院刊》的论文中指出,在某些二维材料条件下,电子可能分裂为带有分数电荷的准粒子,即任意子。在特定分数组合下,这些任意子能够以类似传统超导中电子成对运动的方式协同流动,从而在存在磁性的情况下形成无摩擦电流。
如果该理论得到进一步验证,这将表明一种不同于常见电子超导机制的传导方式,其中参与超流的是任意子而非普通电子。研究人员强调,这一解释仍需要更多实验支持,但为理解相关实验现象提供了一个可行的理论框架。
研究还指出,若能够在更多材料中确认并调控这种由任意子参与的传导状态,或可为量子信息处理提供新的思路,例如在设计更稳定的量子比特结构方面。
文章随后回顾了近期的两项实验发现:一项是在多层菱方石墨烯中观察到超导性与磁性并存;另一项是在二碲化钼(MoTe₂)中发现类似现象。后者还在相同条件下表现出分数量子反常霍尔效应,即电子在运动中分裂为分数电荷的准粒子。
研究团队基于量子场论,对 MoTe₂ 中电子分裂后的任意子类型及其相互作用进行了理论建模。结果显示,在不同电子密度条件下,系统中可能形成带有 1/3 或 2/3 电子电荷的任意子。当任意子以 2/3 电荷形式占主导时,理论模型预测它们可以集体运动并形成超导态;而在以 1/3 电荷为主的情况下,体系更接近常规金属导电行为。
研究还预测,当这种任意子主导的传导状态出现时,材料内部可能形成不同于传统超导体的电流分布特征,为实验验证提供了可观测线索。研究人员认为,这些结果有助于拓展对低维量子材料中电输运机制的理解。
该研究得到美国国家科学基金会的部分资助。









