同时拥有导体和绝缘体特性的新型量子材料——YbB12

图为十二硼酸镱晶体，化学式YbB₁₂。图片来源：密歇根大学

量子材料是一种奇特的物质，如果物理学家能破解其工作原理的话，当其用作iPhone电池时，其效率可能比常用的导体硅高出许多倍。

密歇根大学的一位物理学家已经迈出了第一步，他详细描述了一种新型量子材料——十二硼化镱（YbB₁₂），并设想了如何有效地通过这种材料传导电能。这种材料导电性的演示将有助于科学家理解这些电磁材料中的自旋、电荷和能量流。

YbB₁₂是一种非常干净的晶体，它具有非同寻常地导体和绝缘体的特性。也就是说，YbB₁₂的整体内部是绝缘体，不导电，而其表面在导电方面非常有效。但是研究人员需要能够精确地测量出这种材料的导电性能。

“目前，我们大多通过电话联系。电话内部是它的关键部件：由硅制成的晶体管，通过该装置传递电。”密歇根大学物理学教授，项目负责人Lu Li说：“这些硅半导体利用它们自身的大部分材料来形成电流路径。这使得使电子设备很难运行的更快或更简洁。”

用量子材料代替手机的硅晶体管会使手机更快、更轻。这是因为器件内部的晶体管可以在其表面上非常快速地导电，并且由于在金属内部的绝缘层下面有一个较轻的核心，它可以小得多。

量子材料不只局限于为我们的手机供电。它们可以用于量子计算，这个领域尚处于起步阶段，但它已经可以用于网络安全了。我们的计算机目前通过二进制数据处理数据：0和1。但是，计算机以这种方式处理数据的速度是有限的。相反，量子计算机将使用原子和电子的量子特性来处理信息，从而开发更快地处理大量信息的能力。

电阻振荡揭示了YbB₁₂的电子结构。图片来源：密歇根大学

Li研究YbB₁₂以了解材料的电子特征，这告诉研究人员材料导电的程度。在一个非常有效的导电净金属中，电子在金属中形成团簇。

这些簇的摆动导致材料电阻的振荡。这种振荡告诉研究者材料的导电效率有多高。在这项研究中，Li能够测量块状绝缘子的电阻振荡，这是他四年来一直试图解决的问题。

为了测量这种振荡，Li使用了位于佛罗里达州国家强磁场实验室的一个非常强大的磁铁。Li说，这种磁铁类似于你用来把照片固定到冰箱上的磁铁，但它的威力更大。冰箱磁铁的吸引力大约为0.1特斯拉（磁场测量单位）。佛罗里达州实验室的磁铁有45特斯拉。这比MRI机器中使用的磁铁大40倍。

为了测量YbB₁₂的效率，Li在磁体存在的情况下在样品中通过电流。然后，他检查了电压在整个样本中下降了多少。这就告诉Li材料中有多少阻力。

“我们终于得到了准确的证据。我们发现一种材料，在它的内部是一个很好的绝缘体，但是它的表面却是一个很好的导体，因此我们可以在导体上做一个电路。” Li说：“你可以想象，你可以拥有一个在微小的表面上快速移动的电路。这就是我们希望未来电子产品所能达到的目标。”

原文来自phys，原文题目：The swing doctors: Physicist cracks code on material that works as both conductor, insulator，由材料科技在线团队翻译整理。