有一个全新的量子世界，就隐藏在绝缘体中。最近科学家意外在绝缘体内发现了量子振荡，这原本是属于金属的独有现象，可能暗指其中有新的量子粒子存在。
金属与绝缘体的差异相当明显，基本来讲，金属导电，绝缘体则不导电，从分子角度来看，这取决于电子在材料中的自由移动方式：由于金属原子容易失去外层电子，因此晶体外面有一层电子云，这也是金属作为电与热良导体的原因；绝缘体则是种能阻碍电荷流动的材料，玻璃、纸、聚四氟乙烯等材料都是非常好的电绝缘体。
长期以来，科学家都认为量子振荡是点出金属与绝缘体之间差异的指标。在金属中，电子具高度移动性，电阻率（抗导电性）很弱，而约一个世纪前，研究人员观察到当处于磁场与极低温环境下，电子会从“经典”态转变为量子状态，从而引起金属量子振荡（quantum oscillation）；相比之下，在绝缘体中电子无法移动，加上材料电阻率非常高，因此无论施加多少磁场强度，都不会发生量子振荡。
然而当美国普林斯顿大学团队在研究二碲化钨（ungsten ditelluride，缩写 WTe2）这种材料时，意外发生了。
研究人员将二碲化钨逐渐刮至单原子薄层，发现厚的二碲化钨材料行为类似金属，但当转为单层时却会变成超坚固绝缘体；接着研究人员着手测量单层二碲化钨在磁场下的电阻率，发现绝缘体的电阻率虽然还是很大，但随着磁场增加开始出现振荡，表现出金属最显著的量子特性，也就是转变为量子态。
这项发现让人太过惊讶，因为目前没有理论可解释该现象。普林斯顿大学物理系助理教授 Sanfeng Wu 对此提出一个大胆假设：也许有一种新的量子物质从中诞生，且最后不是电子在振荡，而是称为“中性费米子”的新型粒子藉相互作用非常强的电子产生，并带来相当出色的量子效应。
在量子材料中，带电的费米子可以是带负电的电子或带正电的电洞，负责导电，换句话说如果该材料是电绝缘体，则这些带电的费米子无法自由移动。但是从理论上讲，不带负电荷也不带正电荷的中性粒子可以在绝缘体中存在并移动。实验结果与所有带电荷费米子的理论都相抵触，唯有中性费米子能解释。
如果这项实验数据没有失误，则未来可能发现更多同样具有量子特性的绝缘体，一个隐藏在绝缘体中的全新量子世界。团队表示还需要更多实验来验证是否真的存在中性费米子，或寻找其他也能解释的现有理论。
新论文发表在《自然》（Nature）期刊。
- New quantum particle may have been accidentally discovered
- Discovery of quantum behavior in insulators suggests possible new particle
（首图来源：普林斯顿大学）
