2025年7月，在美國新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室，一塊不起眼的材料被緩緩?fù)七M(jìn)超高強(qiáng)度的磁場(chǎng)設(shè)備中。

實(shí)驗(yàn)室的操控臺(tái)上，一組組儀器正在記錄變化。研究人員逐步將磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)高，10特斯拉、20、40……直到逼近70特斯拉，那是人類目前能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的極限之一。

比起我們?nèi)粘Ｉ钪心芙佑|到的任何磁場(chǎng)，它強(qiáng)得幾乎難以想象。

而就在接近頂點(diǎn)的一瞬間，他們等了很久的那個(gè)信號(hào)出現(xiàn)了：材料的電導(dǎo)率，突然劇烈下降。

但這并不是系統(tǒng)崩潰的跡象。相反，對(duì)這些研究者而言，它像是一道量子世界的低語，終于回應(yīng)了幾十年來的猜想和期盼。那一刻，他們意識(shí)到，自己可能捕捉到了某種全新的物態(tài)。

來自加州大學(xué)歐文分校的研究團(tuán)隊(duì)后來確認(rèn)，他們確實(shí)首次在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到了一種被理論物理學(xué)家們?cè)O(shè)想已久的狀態(tài)。這種狀態(tài)中，電子會(huì)和它們的“反身影”——空穴，自發(fā)地結(jié)合成一對(duì)對(duì)“激子”。

所謂空穴，并不是一種真實(shí)存在的粒子，而是電子缺失之后留下的那種能量空位，它表現(xiàn)得像是電子的反粒子。

激子是一種特殊的量子對(duì)，它本身不帶電荷，但具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而這次所觀測(cè)到的激子，更為特殊：電子和空穴的自旋方向一致，形成了所謂“自旋三重態(tài)”的凝聚體系。這種狀態(tài)此前從未在實(shí)驗(yàn)證據(jù)中出現(xiàn)過。

如果要用更形象的方式描述，可以想象電子和空穴像是兩個(gè)在混亂中找到了節(jié)奏的舞者，它們自發(fā)地纏繞在一起，在極端的磁場(chǎng)中形成一種新的秩序。

材料的表現(xiàn)也隨之發(fā)生了劇烈轉(zhuǎn)變，它幾乎停止傳導(dǎo)電流，但并不沉寂，而是在內(nèi)部展開了一種前所未有的量子協(xié)同。

研究的核心材料是一種叫做碲化五鉿的窄帶隙半導(dǎo)體，由研究團(tuán)隊(duì)成員劉金鈺博士在實(shí)驗(yàn)室里合成。這種材料本身的結(jié)構(gòu)非常微妙，具備形成強(qiáng)烈電子-空穴相互作用的條件。

但即使如此，若沒有極端強(qiáng)磁場(chǎng)的介入，也無法進(jìn)入那個(gè)特殊的量子區(qū)域。

也正因此，他們選擇了在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，借助那里的磁場(chǎng)設(shè)施，才得以真正把這塊材料推入到“超量子極限”之中。

當(dāng)材料進(jìn)入那種狀態(tài)后，它不再依賴電荷來傳遞信號(hào)，而是依靠自旋。

這種機(jī)制本質(zhì)上不同于當(dāng)今絕大多數(shù)電子器件的工作原理。換句話說，如果未來人們能穩(wěn)定地操控這種物態(tài)，甚至在常溫條件下復(fù)現(xiàn)它，那我們對(duì)于信息處理、能源效率、器件設(shè)計(jì)的理解，可能都要被改寫。

這不僅意味著一種更低能耗的計(jì)算方式，也許還預(yù)示著一種全新的器件架構(gòu)——不再以電流為核心，而是以量子狀態(tài)為基本邏輯單元。

更現(xiàn)實(shí)的一點(diǎn)是，這種量子態(tài)極其穩(wěn)定，幾乎不受宇宙輻射干擾。

普通電子設(shè)備在太空中往往極其脆弱，因?yàn)楦吣芰Ｗ与S時(shí)可能打亂電路。而這種狀態(tài)下的材料，反而能夠在那種高能環(huán)境中保持安定。

這也解釋了為什么研究者會(huì)提到它在航天技術(shù)中的潛力。

設(shè)想一下，在未來人類真正進(jìn)行深空探測(cè)或長期太空任務(wù)時(shí)，我們或許不再需要為電子元件頻繁失效而擔(dān)憂，而是可以依靠這種不懼輻射、幾乎零耗能的材料構(gòu)建新的信息系統(tǒng)。

這項(xiàng)研究背后，是一個(gè)跨學(xué)科協(xié)作的團(tuán)隊(duì)。

從材料合成到器件制備，再到理論建模和高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，每一步都耗費(fèi)了大量時(shí)間和精力。其中既有資深科學(xué)家的判斷，也有年輕研究者的堅(jiān)持和細(xì)致操作。

劉金鈺博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中一遍遍測(cè)試晶體的生長條件，而在理論端，來自洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們則用模型反復(fù)推演激子態(tài)可能形成的機(jī)制和表現(xiàn)。在極端條件下驗(yàn)證一種理論，既需要技術(shù)能力，也需要耐心和一點(diǎn)點(diǎn)冒險(xiǎn)精神。

物理世界的本質(zhì)，從來不只藏在宏觀尺度的機(jī)器與構(gòu)造中，很多時(shí)候，它潛伏在那些我們無法直觀想象的微觀空間里。這次的發(fā)現(xiàn)雖然離工程應(yīng)用還很遠(yuǎn)，但卻為人類打開了一條極其深遠(yuǎn)的新路徑。

我們也許無法預(yù)測(cè)它最終會(huì)通向哪里，但它已經(jīng)提供了一個(gè)可能性：或許我們未來使用的計(jì)算設(shè)備，并不需要電子在電路中奔跑，它們可以更安靜地協(xié)作，只靠自旋傳遞信息，幾乎不發(fā)熱，不耗電，也不怕宇宙射線。

當(dāng)然，這些場(chǎng)景距離現(xiàn)實(shí)還有很多步驟。但在物理學(xué)里，很多改變世界的工具，都曾是從一項(xiàng)沒人聽懂的小實(shí)驗(yàn)開始的。從一塊在70特斯拉下失去電導(dǎo)率的晶體，到可能重塑計(jì)算方式的基礎(chǔ)材料，中間的距離并不一定有那么遙遠(yuǎn)。

有時(shí)候，重要的不是它能做什么，而是它提醒了我們：世界比我們習(xí)慣的那一套物理邏輯更大。它還可以是別的樣子。

（參考：DOI ：10.1103/bj2n-4k2w）