超冷带电原子组成同类最大二维晶体

钙离子通过三角形漏斗释放，并被金属芯片顶部的电势捕获。图片来源：英国《新科学家》杂志网站

科技日报记者 刘霞

奥地利科学家将105个带电钙原子冷却到极低温度，使其排列成二维晶体，得到了迄今最大的同类二维晶体，这一新晶体可用于研究量子材料或构建量子计算机。相关研究刊发于最新一期《PRX量子》杂志。

一些晶体会表现出有趣的量子行为，如不寻常的磁性或完美的导电性等，但很难通过实验了解每个原子如何实现这一点，也不可能在计算机上进行模拟。因此，自20世纪90年代以来，研究人员一直在尝试将极冷的原子组装成模型晶体，以精确地操纵这些晶体并对其成像，从而研究晶体的有关理论。

在最新研究中，因斯布鲁克大学海茵茨·海勒兹团队使用激光和金属芯片，在一个由金属和玻璃制成的微型真空内，用105个带电的钙原子（离子）制造出了迄今最大的同类超冷晶体。

为使离子变得非常冷，海勒兹团队用激光照射离子，使其失去足够的能量，变得几乎和绝对零度一样冷。此外，研究人员依靠芯片施加在离子上的电磁力，以及每个离子施加在相邻离子上的电磁场，将105个离子推入一个平坦的间隔均匀的煎饼形状的网格中，形成晶体形状。

海勒兹解释称，此前曾有研究团队制造出类似的二维晶体，但从未使用过超过20个离子，因为大量离子会由于彼此之间不受控制的相互作用或各种意外加热而四处乱窜，而他们使用激光和芯片将所有抖动限制在一个方向，然后用垂直于该方向的额外激光束撞击离子，以将离子限定于特定方向。

研究人员表示，新晶体不仅稳定，而且是二维的，很像现有的超薄量子材料，晶体内的每个离子也可用作量子计算中的量子比特。