研究发现：紫铜是一种独具特色的材料

紫铜是一种独具特色的材料，具有前所未见的能力，在小范围内改变物理条件，可以成为绝缘体或导体。它听起来就像一个矛盾的定义，铜和锡的混合物难道不是以其独特的非紫色来定义的吗？更让人困惑的是，被称为紫铜的化合物不含定义时代的那种金属元素。它的全名是锂钼紫铜，化学式是Li0.9Mo6O17。虽然这些元素的结合对量子数据处理的时代不像原始的青铜在4000年前那么重要，但仍可能带来新的可能性。

就像立体物质科学家感兴趣的那样，紫铜的三维结晶表现得像一维金属，现在通过发现它的电气性能可以被轻松改变，更加引人关注。接近绝对零度时，紫铜通常会成为超导体，电流的流动完全没有电阻。尽管越来越多的材料符合这一标准，但紫铜在温度略微变化或光照作用下，就能从超导体变为Mott绝缘体（理论上会误导电流的材料）。将温度再升到人类舒适的值，就会变成一个常规导体。

如果互联网只是一系列管道，计算机就可以被视为一系列开关。备受瞩目的量子计算革命的可行性在很大程度上取决于轻松切换许多开关的能力，紫铜的特性很重要。

“这个非凡的旅程始于13年前我的实验室，当时两位博士研究生许晓峰和尼克·韧汉在紫铜上测量到了磁电阻 - 磁场引起的电阻变化。”布里斯托大学的尼格尔·哈西教授在一份声明中说。没有磁场时，紫铜的行为就像一个二极管，允许电流单向流动，但反之则不行。此外，上面描述的对温度的异常反应也非常奇特。磁场往往会让事情复杂化，但在这种情况下，研究团队发现了相反的结果。在一个适度强磁场下，紫铜的导电性与温度呈线性关系，直到超导现象发生。

“对于这种令人困惑的行为找不到一种清晰的解释，数据随后在接下来的7年里搁置不发表，这种暂停在量子研究中是不寻常的，虽然原因并不是统计数据不足”，哈西补充道。通过偶然的机会，哈西遇到了彼得·楚丁斯基博士，他认为紫铜的行为可以归因于“暗激子”，这些物体表现得像粒子，但实际上不是粒子，以及它们与电子的相互作用。哈西和楚丁斯基设计了确认这一理论的实验。

现在，这种合作已展示了该材料的最显著特征。在适当的条件下，紫铜可以以有效50/50的几率成为超导体或绝缘体。由于这两种相反状态之间有如此薄的界限，可以很容易地从一个状态切换到另一个状态，然后再切换回来。当物质冷却时，它们会丧失对称性。紫铜在电气行为上也会做一些类似的事情，但在条件足够寒冷时又会奇迹般地恢复对称性。

“这种物理对称性是一种不寻常的状态，在金属中当温度降低时形成这种对称性，因此术语‘新对称’，将构成一个世界首例，”哈西说。 作者对该材料的三块晶体进行了对称性测试，其中有两块在极低温下成了超导体，另一块则没有。探索这些样本的共同点和差异有助于揭示这种奇怪行为的原因。

“想象一个魔术，一个晦涩扭曲的图像变成美丽完美对称的球体，”楚丁斯基说，“这就是紧要关头对称性的本质。被讨论的图像是我们的材料，紫铜，而我们的魔术师是自然本身。”

该研究发表在《科学》杂志上。

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