顛覆認知！剛剛，美國發(fā)現新物質形態(tài)，破解磁性超導百年死結！

麻省理工發(fā)現了一種全新的物質形態(tài)——任意子超導，如果得到全面驗證，這將可能是通往容錯量子計算的“圣杯”，為量子物理教科書增加新的章節(jié)。

2025年12月19日，麻省理工學院（MIT）物理學家團隊剛剛在著名的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發(fā)表了一項顛覆性成果。由物理學教授 Senthil Todadri 和博士生 Zhengyan Darius Shi 領導的研究，終于解開了困擾物理學界一整年的謎題：為什么在轉角二碲化鉬（tMoTe?）這種材料里，超導和磁性這兩個“死對頭”竟然能同床共枕？

在凝聚態(tài)物理的傳統認知里，超導和磁性是絕對的“世仇”。

超導體喜歡“成雙成對”，電子必須兩兩結成“庫珀對”才能無阻力流動；而磁性喜歡“唯我獨尊”，強大的磁場會強行扭轉電子自旋，把庫珀對硬生生拆散。所以在過去幾十年里，物理學家的常識是：只要有磁性，超導就得死。

但在2024到2025年間，劇情反轉了。兩個獨立的實驗團隊先后在菱方石墨烯和轉角二碲化鉬中，居然同時觀測到了超導態(tài)和磁性的共存。

這就像是你把一塊冰扔進滾燙的油鍋里，冰塊不僅沒化，反而還更堅硬了。

整個物理學界都懵了：這不科學。除非，在這個舞臺上流動的，根本就不是我們熟悉的那個“電子”。

MIT 理論團隊揪出了幕后真兇：任意子（Anyons）。

在這個三維宇宙中，粒子通常只分兩派：喜歡獨處的費米子（如電子）和喜歡群居的玻色子（如光子）。但在二維的扁平世界里（比如單原子層厚的材料），量子規(guī)則變得“隨心所欲”（Anything goes），于是誕生了第三種粒子——任意子。

MIT 的計算表明，當材料處于一種特殊的量子狀態(tài)（分數量子反常霍爾效應，FQAH）時，電子會發(fā)生“精神分裂”。一個電子不再是一個整體，而是分裂成了帶有分數電荷的碎片。

這就是破局的關鍵。

研究團隊發(fā)現，這種“碎片化”也是看運氣的。在晶格填充數為ν=2/3的特殊節(jié)點上，系統面臨兩個選擇：

1. 向左走（少一點）：如果你得到的碎片帶1/3的電荷，它們會像一盤散沙，雖有量子效應，但最終會變成一種奇怪的絕緣體（重入整數量子霍爾態(tài)），電流根本通不過。
2. 向右走（多一點）：如果你得到的碎片帶2/3的電荷，奇跡發(fā)生了。

這群帶 2/3 電荷的任意子，雖然本性頑固、互相排斥（物理學上叫“阻挫”），但在特定濃度下，它們會突然“想通了”。它們打破了量子的枷鎖，像庫珀對一樣配對，形成一種宏觀的超流體。

即使在磁性環(huán)境中，這群任意子也能無視磁場的干擾，形成超導電流。

這解釋了實驗中那個令人費解的不對稱現象：為什么在填充數 2/3 的一側是超導，另一側卻是絕緣體？因為粒子和空穴的命運，從一開始就被寫進了不同的劇本里。

為了讓這個理論更加無懈可擊，MIT 團隊還預言了一個極具懸念的中間狀態(tài)。

在系統徹底變成超導體之前，它會先進入一種詭異的“反常渦旋玻璃”（Anomalous Vortex Glass）狀態(tài)。

也就是說，在沒有外加磁場的情況下，超導體內部自發(fā)產生了無數微小的漩渦。這些漩渦有的順時針轉，有的逆時針轉，總和為零，就像無數個微型颶風被凍結在玻璃里。

這不僅僅是理論推演，更是給實驗物理學家留下的“藏寶圖”。如果未來的實驗能探測到這種違背直覺的“玻璃態(tài)”，那么 MIT 的理論將毫無爭議地封神。

如果這種由任意子驅動的超導機制被完全掌控，我們要做的第一件事就是利用它來制造拓撲量子比特。這種量子比特將比現在的技術穩(wěn)定得多，因為它本身就受到拓撲性質的保護，不會輕易因為外界干擾而出錯。

曾經，把電子切碎是天方夜譚；曾經，磁性與超導共存是離經叛道。

而現在，在這個二維的量子舞臺上，1除以3不等于0.333...，它等于一個新的宇宙。

參考文獻：

1. Shi, Z. D., & Senthil, T. (2025). Anyon delocalization transitions out of a disordered fractional quantum anomalous Hall insulator.Proceedings of the National Academy of Sciences
2. Shi, Z. D., & Senthil, T. (2025).arXiv preprint arXiv:2506.02128
3. MIT News Office. (2025). Anything-goes 'anyons' may be at the root of surprising quantum experiments.