19世紀(jì)以前，人們從未想過某些物�(zhì)還可以具�“液晶”狀�(tài)。直到一位來自奧地利的植物學(xué)家，萊尼茨爾在做膽甾醇苯酸酶加熱�(shí)�(yàn)時，�(fā)�(xiàn)晶體物質(zhì)融化過程中，在不同溫度下，顏色變得截然不同�
隨后物理�(xué)家勒曼發(fā)�(xiàn)，晶體融化液體與晶體類似，具有雙折射性質(zhì)，于是將其命名為“液晶”�
20世紀(jì)至今，液晶技�(shù)不斷提升，比如二維量子液晶已成為高溫超導(dǎo)體的前身�
如今，科�(xué)家們新�(fā)�(xiàn)三維量子液晶，它將用于制造拓?fù)涑瑢?dǎo)體�
一種兼具晶體和液體部分性質(zhì)的中間態(tài)
�(jù)外媒“科學(xué)警報”�(wǎng)�4�22日報道，加州理工�(xué)院量子信息與物質(zhì)研究所的物理學(xué)家們首次發(fā)�(xiàn)了一種三維量子液晶。作為一種新的物�(zhì)狀�(tài)，它�(yù)計將在超高速量子計算中得到�(yīng)用，并且研究人員�(rèn)為，目前的發(fā)�(xiàn)還只�“冰山一�”�
物質(zhì)�“液晶”狀�(tài)并不是一個新鮮概念，正如前所述，它在19世紀(jì)就已被發(fā)�(xiàn)。當(dāng)某些物質(zhì)在熔融狀�(tài)，或被溶劑溶解之后，會失去固�(tài)物質(zhì)的剛性，卻獲得了液體流動性，同時保留部分晶體狀�(tài)下，物質(zhì)分子的各向異性有序排列，成為一種兼具晶體和液體部分性質(zhì)的中間態(tài)，即“液晶”狀�(tài)�
�(biāo)�(zhǔn)的液晶分子既能自由流動，又能像固體一樣保持定向。在電場作用下，液晶分子的排列會出現(xiàn)變化，從而影響到其光�(xué)性質(zhì)，該�(xiàn)象也被稱為電光效�(yīng)。這種效應(yīng)滿足了工�(yè)制造領(lǐng)域的某些需求，比如，人工制造液晶，用于制作電視�(jī)、電腦、智能手�(jī)以及手表等電子設(shè)備的顯示屏。當(dāng)然，也并非只有工�(yè)�(lǐng)域才使用液晶，自然界的生物細(xì)胞膜中也有液晶分子的存在�
1999年，同樣是加州理工學(xué)院，物理和應(yīng)用物理學(xué)的兩位教授，吉姆·愛森斯坦和弗蘭克·羅歇克發(fā)�(xiàn)了二維量子液晶。它們的分子表現(xiàn)和普通液晶分子一樣，但物�(zhì)�(nèi)的電子雖能自由移動，卻更傾向于沿一定方向排列，即存在優(yōu)先流動方向。愛森斯坦的量子液晶之所以有這樣的表�(xiàn)是因?yàn)椋w分子受限于宿主材料，人工生長的砷化鎵金屬存在單個平面的�(jié)�(gòu)。隨后，科學(xué)家們在其他材料中也�(fā)�(xiàn)了二維量子液晶，并用其制作高溫超�(dǎo)體，能夠在溫度為�(fù)150攝氏度的情況下就�(shí)�(xiàn)無電阻，比傳�(tǒng)超導(dǎo)體運(yùn)行的溫度更高�
與二維量子液晶相比，三維版本的液晶分子的性質(zhì)也許更加奇特
�(xiàn)在，美國科學(xué)家謝地，謝地�(shí)�(yàn)室的博士后研究員約翰·哈特，以及美國田納西大學(xué)橡樹嶺國家實(shí)�(yàn)室的研究者們合作，共同�(fā)�(xiàn)了首個三維量子液晶。最新研究成果論文已�(fā)表于4月下旬的《科�(xué)》雜志上�
該研究的第一作者約�·哈特介紹，二維量子液晶的分子行為方式十分奇特，雖然晶格中X軸與Y軸的指向和傳�(tǒng)液晶分子并無不同，但整個平面上的電子會整體決定更傾向于其中的某個方向�
與二維量子液晶相比，三維版本液晶分子的性質(zhì)也許更加奇特。在三維量子液晶中，不僅X、Y、Z軸方向的電子分布不同，在特定方向軸上，向前或向后的流動磁性也有所不同。簡單來說，就是三維量子液晶的電子具有完全不同的磁性，即能夠沿一個給定軸方向流動。這意味著提供了使材料�?yōu)榇盆F的方式，或者能夠改變磁鐵的磁性強(qiáng)度和方向�
科學(xué)家謝地表示，僅僅使材料通電，改變材料所處電場，就能將其從非磁體�(zhuǎn)�?yōu)榇朋w，十分不可思議。此外，液晶�(nèi)部能通過的電流方向之間，磁場�(qiáng)度和方向皆不同，等于打破了晶格的對稱性。起初研究者們對所�(fā)�(xiàn)的狀況不能理解，隨后了解到麻省理工學(xué)院科�(xué)家曾提出“三維量子液晶”概念，很好解釋了研究�(jié)果，這才確定找到的正是三維量子液晶�
生產(chǎn)量子計算�(jī)本身就是一個挑�(zhàn)
研究者約�·哈特表示，自己也是偶然間�(fā)�(xiàn)“三維量子液晶”。原本，他試圖利用光�(xué)二次諧波旋轉(zhuǎn)各向異性技�(shù)描繪晶體�(jié)�(gòu)，從而研究基于錸元素的金屬化合物的原子結(jié)�(gòu)。在�(shí)�(yàn)中，研究者向材料�(fā)射激光，反射的激光頻率會�?yōu)閮杀叮⑶移淠Ｊ桨司w對稱性的信息。而針對錸基金屬化合物的測量所得模式十分奇怪，無法為已知的化合物原子結(jié)�(gòu)所解釋。這才使得研究者們重新審視研究結(jié)果，確認(rèn)“三維量子液晶”的存在�
如同液晶被發(fā)�(xiàn)后，廣泛�(yīng)用于LED屏幕制作一樣，三維量子液晶的發(fā)�(xiàn)有望推�(jìn)超高速量子計算機(jī)的建�(shè)�(jìn)程。液晶分子的量子性質(zhì)將使得代碼解密等計算過程�(shí)�(xiàn)超級高速�
生產(chǎn)量子計算�(jī)本身就是一個挑�(zhàn)，因?yàn)榱孔有?yīng)十分微妙而短暫，脆弱到一旦與周圍�(huán)境的相互作用被改變，效應(yīng)�(shí)�(xiàn)的過程就會被摧毀。加州理工學(xué)院理論物理學(xué)和數(shù)�(xué)�(lǐng)域的教授們提出拓?fù)淞孔佑嬎慵夹g(shù)。實(shí)�(xiàn)該技�(shù)又需要借助一種被稱為�?fù)涑瑢?dǎo)體的特殊材料，而三維量子液晶的存在恰好能夠用于�(gòu)造該材料�
這意味著以后，人們不再依賴于偶然�(yùn)氣去�(fā)�(xiàn)�?fù)涑瑢?dǎo)體，而是能用三維量子液晶合理�(gòu)造出它。而如何構(gòu)造，正是研究者們的下一步工作。科�(xué)家謝地表示，三維量子液晶可以作為�?fù)涑瑢?dǎo)體的前驅(qū)物，方式就如同二維量子液晶被�(dāng)作高溫超�(dǎo)體的先兆一樣。研究小組預(yù)計，三維量子液晶的分子特性將幫助科學(xué)家們開拓并促�(jìn)超高效計算機(jī)芯片研究的發(fā)展�
�(guān)注我�
公眾號：china_tp
微信名稱：亞威資�
顯示行業(yè)頂級新媒�
掃一掃即可關(guān)注我�
�(chǎn)品供�| 雜志期刊| �(xié)會服�(wù)| 專題�| �(guān)于我�|�(wǎng)站地�|版權(quán)聲明| 廣告服務(wù)
Copyright © 2018 深圳市美嘉投資有限公�. All Rights Reserved 版權(quán)所� 粵ICP�12048185�-1
中華顯示�(wǎng)所載文章、數(shù)�(jù)僅供參考，使用前務(wù)請仔�(xì)閱讀法律聲明，風(fēng)險自�(fù)�
媒體合作:0755-86149081 廣告咨詢:0755-86149131 Email:[email protected]
