二维量子材料为新型量子技术提供了一个独特的平台，因为它们可以灵活地将具有不同量子态的各种单层材料进行组合。不同的二维材料能作为提供具有超导性、磁性和拓扑物质等特性的构建块。

但迄今为止，科学家们还未能创造出一种由重费米子近藤(Kondo)态(以量子纠缠为主导的物质状态)组成的单层材料。现在，来自芬兰阿尔托大学的研究人员已经证明，重费米子近藤物质态在理论上是有可能在单层材料中出现的，他们还描述了产生这种非常规行为的微观相互作用。这些发现已发表在最近的《纳米快报》期刊上。

该论文的第一作者、阿尔托大学博士后研究员Adolfo Fumega表示：“重费米子材料是发现非常规拓扑超导性的有希望的候选材料，而非常规拓扑超导体是一种能抵抗噪声的量子计算机的潜在构建块。”

这些材料可能存在两种相：一种类似于传统磁体，另一种系统状态是由量子纠缠主导的——即重费米子近藤态。在磁相和重费米子态之间的过渡阶段，会出现宏观量子涨落，这导致了包括非常规超导相在内的奇异物质状态。

然而，范德华单层材料中存在的固有重费米子态却一直难以捉摸。不过层状范德华材料提供了新的自由度，例如堆叠不同的层以构建异质结构、扭曲层以创建摩尔图案或施加电栅极电压，这些策略允许以可控的方式探索和设计重费米子材料的不同相。

该团队研究人员分析的这种单层材料是单层CeSiI，这是一种最近在超薄极限下被分离出来的化合物。他们结合使用多体和量子化学方法，展示了该材料中相互竞争的量子磁相互作用的性质，并证明了该竞争导致出现了这种非常规的量子纠缠态。此外，他们还证明了这种材料中的量子磁性是由相对论效应主导的，从而产生了一种与其他二维材料截然不同的亚原子磁结构。

从材料科学的角度来看，块状重费米子材料是极具挑战性的，想用它们来制造设备几乎是不可能完成的任务。但有了纯二维重费米子量子材料和范德华层材料的灵活性，就有望基于奇异重费米子近藤现象开发全新量子器件，并为量子技术领域开辟尚未探索的方向。(编译:Tmac)