新发现的量子物质状态或将推动未来太空技术

加州大学欧文分校物理与天文学教授、《物理评论快报》新研究的通讯作者路易斯·A·豪雷吉表示：‘这是一种新的物态，就像水可以以液态、冰或水蒸气形式存在一样。此前这仅在理论上被预测过——直到现在才有人对其进行了测量。’

奇特的电子行为与激子形成。在这种物态下，电子和带正电的‘空穴’结合形成类似流体的混合物，进而构成被称为激子的特殊结构。这一发现的特别之处在于，电子和空穴会沿同一方向旋转。豪雷吉说：‘这是一种全新的物质形态。如果我们能将其捧在手中，它会发出明亮的高频光。’

该现象是在加州大学欧文分校由博士后研究员刘金宇（研究第一作者）制备的材料中发现的。豪雷吉团队在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）对该材料进行强磁场条件下的研究时，探测到了这种新物态。

磁场触发新量子物态。要形成这种量子态，需要将材料置于高达70特斯拉的磁场中（相比之下，一块强冰箱磁铁的磁场约为0.1特斯拉）。研究团队将这种材料称为五碲化铪。

随着磁场强度增加，研究人员观察到材料的电导率急剧下降。豪雷吉解释说，这种突然变化表明系统已转变为奇特的激子态。‘这一发现意义重大，因为它可能使信号通过自旋而非电荷来传输，为自旋电子学或量子器件等节能技术提供了新途径。’

适用于太空探索的抗辐射特性。这种新发现的量子物质不受辐射影响，这一特性使其有别于当今电子设备中使用的许多材料。研究团队认为这对太空应用可能具有重要意义。

豪雷吉说：‘它可能对太空任务有用。如果你希望太空中的计算机能够长期运行，这是实现这一目标的一种方法。’像SpaceX这样的公司正在致力于未来的载人火星任务，而任何长期太空飞行都需要能够承受持续辐射暴露的电子设备。

豪雷吉表示：‘我们尚不清楚这一发现将带来哪些可能性。’

该材料的合成、表征以及整合到可测试器件中的工作是由加州大学欧文分校的刘金宇在研究生罗伯特·韦尔瑟、蒂莫西·麦克索利和本科生特里特·何的协助下完成的。洛斯阿拉莫斯国家实验室的林世增、瓦尔莎·苏布拉马尼亚恩和阿瓦德·萨克塞纳提供了理论建模和解释。强磁场实验在洛斯阿拉莫斯国家实验室的劳雷尔·温特、迈克尔·T·佩茨以及佛罗里达州国家强磁场实验室的大卫·格拉夫的支持下进行。