ACS Nano 最新编者按 | 量子材料与器件

量子材料与器件

Quantum Materials and Devices

at ACS Nano

by Prineha Narang and Paul S. Weiss

纳米科学领域通过“针对问题”、“试错”、“预测和执行”三种方法的结合发明了新技术。我们经常发现，当问题有针对性时，新工具会有更广泛的应用。一个早期的例子是扫描隧道显微镜，正如共同发明人 Heinrich Rohrer 博士在 ACS Nano 的第一期中所描述的，它被开发用来测量氧化膜中的针孔。通常，我们创建物理世界的数学模型，这样我们可以缩小选择的数量，并限制在可能使用试错来回答关键问题的地方。这些数学模型构成了物理世界的技术性细节，并使我们能够建立非常准确的表达。对于某些领域，模拟非常强大，以至于我们可以在任何实验之前可靠地预测性能。随着物理预测能力的提高，我们制造设备的工具也在进步。在过去几十年里，量子科学和技术中令人兴奋的发现将我们带到了纳米科学革命的下一步：在单原子水平上制造、成像和测量材料及其性能的能力。从可扩展的量子信息处理到超高效率的光电和能量转换系统，这些量子材料和器件拥有巨大的潜力，可以使技术本身比传统技术更强大。在量子极限下，这些技术可以支撑世界能源、计算和信息基础设施的下一次革命。

量子材料和器件现在正进入我们可以预测、合成和成像的阶段，从而开创了一个我们可以逐个原子地设计这些器件设备的世界。与此同时，以电子和原子的强量子力学性质为特征的量子材料的发现，揭示了强电子关联所产生的奇异性质，包括非常规超导体、拓扑绝缘体、狄拉克和韦尔半金属、自旋液体以及通过光-物质相互作用诱导的新物质相。我（Prineha Narang）加入 ACS Nano 团队的部分动机是为了发展这种纳米科学、化学、量子材料、理论和计算以及量子设备的交叉。在过去的几年里，我们已经看 ACS Nano 上发表了探索量子特性的优秀论文，将从事纳米材料合成、预测、成像和光谱学方面工作的科学家聚集在一起。有一个广泛的群体在这个领域工作，我们预计这个群体将继续扩大。

Quantum materials and devices are now entering the regime where we can predict, synthesize, and image them, ushering in a world where we can engineer these devices atom-by-atom.

研究新的量子比特模式和基于这些新兴模式的量子硬件的团体也有了巨大的发展。尤其令人振奋的是关于如何将新材料整合到量子结构中的工作。例如，承载活性缺陷的二维材料，可以超越现有的固态自旋量子比特技术，分子量子比特和状态转导方案，以及实现范德华 "模拟 "量子模拟器的方法。后者尤其强大，因为它们代表了该领域的两个互补目标：开发量子硬件以了解量子材料，以及开发量子材料进而改进量子硬件。同样，化学方法通过推进精确控制分子作为量子比特，为量子信息科学提供了优势。

正如新的工具为探索生物技术和纳米科学的新世界开辟道路一样，通过开发量子材料和器件的新工具，无论是实验的、理论的还是模拟的，同样也会产生新的性能和新的问题。纳米研究团体在其发展中可发挥着重要作用。

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我们很高兴我们的朋友和同事获得了今年的诺贝尔化学奖和物理奖。祝贺诺贝尔化学奖获得者斯坦福大学的Carolyn Bertozzi教授！Carolyn Bertozzi教授是我们的姊妹期刊 ACS Central Science 的主编和 ACS Nano 编辑顾问委员会成员，与哥本哈根大学的 Morten Meldel 和斯克里普斯研究所的 Barry Sharpless 因在“点击化学和生物正交化学”方面所做出的贡献获得2022年诺贝尔化学奖。祝贺诺贝尔物理学奖获得者巴黎萨克雷大学和巴黎综合理工学院的 Alain Aspect 教授、John F. Clauser 博士和维也纳大学的 Anton Zeilinger 教授，该奖表彰他们“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式，开创了量子信息学”。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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