导体和绝缘体就像南极和北极一样相互对立。我们一直这么认为。现在有一种著名的绝缘体可以在一定的测量范围内成为导体。我们仍然不确定到底是什么导致了这一惊人的现象,这可能是由于新的令人兴奋的量子效应。

这一发现令人惊讶,因为绝缘体中的电子被捕获在一个能对电子流动产生高电阻的地方。相反,导电材料中的电子可以长距离自由移动。那么,一块材料中的电子如何以两种方式运动呢?

有一种平行排列导电材料和绝缘材料以形成夹层状结构的方法。最近,一种叫做拓扑绝缘体的材料被发现具有这种能力。我们发现这种材料既可用作导体又可用作绝缘体。

我们正在研究的材料是一种著名的绝缘体。自20世纪60年代以来,它一直是研究对象。最近,由于其作为拓扑材料的潜力,引起了人们的兴趣。这种神奇的材料是六硼化钐。

我们发现样品在磁场中的电阻和磁化强度的波动,也称为“量子振荡”。

量子振荡是金属的特性。他们标记了一个叫做费米表面的建筑表面,它可以粗略地代表材料中电子的轨迹。这样,他们发现了电子运动的细节,这就是为什么通过测量可以更好地理解材料的导电性。

因此,当绝缘材料样品置于磁场中时,我们惊奇地发现它在屏幕上快速摆动,这种现象只有当金属中的电子移动很远时才会出现。

当我告诉我的同事这个消息时,他说,“你知道这完全不可能吗?”当我们冷却材料时,我们惊奇地发现不仅绝缘材料发生了变化,导体金属也改变了它的性质。

我们如何解释材料既是导体又是绝缘体的神奇现象?一种可能性是绝缘体中的电子有时像金属中的电子一样运动。

这种现象可能涉及量子力学的奇怪性质。根据量子力学的研究,粒子可以同时占据两种状态。

这也是为什么薛定谔著名的猫可以同时死和活。薛定谔的猫是一个思想实验。一只可怜的猫被放进一个装有毒药和放射源的盒子里。如果盒子里的探测器探测到放射源,装有毒药的瓶子就会被打碎,释放出毒药来杀死猫。但是如果我们长时间不检查探测器,我们可以认为猫已经死了,还活着。

这样我们就可以解释材料的奇怪现象——量子态可以在金属和绝缘体之间波动。

或者我们发现了量子的新状态。在量子物理学中,数万亿个电子的集体作用可能会表现出不同于个体的特征。我们发现的材料既不是导体也不是绝缘体,但是物体可以有这样一种特殊的量子态。

令人兴奋的是,许多创造性的理论似乎默默地解释了我们令人困惑的研究结论。为了更好地解释我们新发现的物理基础,我们计划在更高质量的晶体上进行实验,以区分各种理论。

不管解释是什么,导体和绝缘体之间的概念区别将在几十年内被打破。