莱斯大学的物理学家发现了一种相变量子材料，以及一种寻找类似材料的方法，它有可能用于创建类似闪存的存储器，即使在量子计算机通电时也能存储量子信息位或量子位。向下。

相变材料已用于市售的非易失性数字存储器。例如，在可重写 DVD 中，激光用于加热微小的材料，然后冷却形成晶体或非晶块。该材料的两相具有非常不同的光学特性，用于存储数字信息位的 1 和 0。

在《自然通讯》最近发表的一项开放获取研究中，莱斯物理学家 Ming Yi 和来自十几家机构的三打合著者同样表明，他们可以利用热量在两个电子相之间切换铁、锗和碲晶体。在每一个中，电子的受限运动都会产生拓扑保护的量子态。最终，将量子位存储在拓扑保护状态可能会减少困扰量子计算的退相干相关错误。

“这完全令人惊讶，”易谈到这一发现时说道。 “我们最初对这种材料感兴趣是因为它的磁性。但随后我们会进行一次测量并看到这个相，然后进行另一次测量，我们会看到另一个相。名义上它是相同的材料，但结果非常好不同的。”

莱斯大学实验物理学家吴汉(左)和理论物理学家陈雷与十几家研究机构的同事合作，发现了一种相变量子材料，该材料有可能用于创建能够存储量子信息的非易失性存储器，或量子位。吴和陈是《自然通讯》杂志上有关该研究的同行评审研究的主要作者。图片来源：Gustavo Raskosky/莱斯大学。

经过两年多的时间和数十名同事的合作，才破译了实验中发生的事情。研究人员发现，在实验前加热时，一些晶体样品的冷却速度比其他样品快。

与大多数相变存储技术中使用的材料不同，Yi 和同事发现铁-锗-碲合金不需要熔化和再结晶来改变相。相反，他们发现晶体晶格中的空原子位置(称为空位)根据晶体冷却的速度以不同的顺序排列。他们表明，为了从一种图案相切换到另一种图案相，他们可以简单地重新加热晶体并冷却更长或更短的时间。

“如果你想改变材料中的空位顺序，通常会在比熔化所有东西所需的温度低得多的温度下发生，”易说。

她说，很少有研究探索量子材料的拓扑特性如何随着空位顺序的变化而变化。

“这是关键发现，”她在谈到该材料的可切换空缺顺序时说道。 “使用空位顺序来控制拓扑的想法是重要的事情。这还没有被真正探索过。人们通常只是从完全化学计量的角度来看待材料，这意味着一切都被一组固定的对称性所占据，这些对称性导致“一种电子拓扑结构。空位顺序的变化会改变晶格对称性。这项工作展示了如何改变电子拓扑结构。空位顺序似乎也可以用来引起其他材料的拓扑变化。”

该研究的合著者、莱斯大学理论物理学家 Qimiao Si 表示：“我发现令人惊奇的是，我的实验同事能够动态改变晶体对称性。它为理论提供了一种完全出乎意料但又完全受欢迎的转换能力，如我们还寻求通过强相关性和空间群对称性的合作来设计和控制新的拓扑形式。”

该研究由华盛顿大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室、韩国庆熙大学、宾夕法尼亚大学、耶鲁大学、加州大学戴维斯分校、康奈尔大学、加州大学伯克利分校、斯坦福大学的研究人员共同撰写。直线加速器中心国家加速器实验室、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯伯克利国家实验室。

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