维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学 (JMU) 的物理学家有了一项发现，可以增进人们对高温氧化铜超导体中纠缠作用的理解。人们发现这些神秘量子材料的低能准粒子，即所谓的“Zhang-Rice 单态”，对极端无序具有显着的弹性。

这种玻璃状电子背景中令人惊讶的弹性是通过量子纠缠实现的——一种量子结合形式，它将空穴和自旋紧密地束缚在一个有效的准粒子中，并使粒子更难散射杂质。该研究发表在《物理评论快报》上。

准粒子的鲁棒性

想象一下，忙碌的一天，一对情侣手拉手穿过市场：如果它想从一侧移动到另一侧，人群必须让开，局部驱散周围的人群，并减慢自己的移动速度。从上方观看时，这对夫妇和他们周围的环境似乎是作为一个整体移动的。这个单位就是凝聚态物理学家所说的准粒子，即决定固体低能激发光谱的有效粒子。

在金属中，准粒子通常由被其他电子的极化云包围的电子组成，并且电子和极化云一致地移动。在真实的系统中，这些准粒子会分散杂质和无序。回到我们虚构的市场，这意味着我们的两只爱情鸟不能直接穿过阻碍他们的障碍物，例如灯柱。相反，他们必须绕过它，再次放慢这对夫妇的移动速度。在真正的金属中，这会导致电子从杂质中散射出来，阻碍电子的运动并产生电阻。

跳舞穿过可能的障碍

在发表的研究中，包括 JMU 研究人员在内的团队报告称，铜酸盐材料中的准粒子显然不遵守这种散射规则。这些材料具有复杂的氧化铜层结构，并且通常因其掺杂后破纪录的高温超导性而闻名。它们的准粒子是张-莱斯单线态(ZRS)，这是一种纠缠的复合粒子，其中氧空穴与铜空位自旋结合在一起，像一对跳舞的情侣一样在晶体中移动。

来自维尔茨堡的科学家在极其无序的铜酸盐环境中测试了这些准粒子，其中多达 40% 的铜原子被锂取代。因此，这种无序是如此巨大——我们的“市场”充满了障碍——它使正常的电子完全陷入停滞。

物理学家将这种系统称为非遍历玻璃系统，因为与典型的实验时间尺度相比，粒子现在的传播速度要慢得多。换句话说，我们市场的访客不再需要来回移动，也不再有任何移动。

然而，尽管存在种种困难，张-赖斯汗衫在这个量子联盟中令人着迷的空穴和自旋舞蹈却完全不受阻碍它们的杂质的影响。它们的量子纠缠阻止它们散射，它们只是在系统中移动——就好像“市场”没有障碍一样。

这一发现的意义

该研究首次揭示了基于铜酸盐的电子玻璃中张莱斯单态的出现，并显示了由于量子纠缠而出现的 ZRS 准粒子的无敌性。这些发现不仅对我们对铜酸盐超导体的理解，而且对基于量子相干性的未来技术产生深远的影响。

特别是，通过量子纠缠稳定量子态相对于外部扰动的能力可以在量子计算的实现中发挥关键作用。

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