北京
拓扑绝缘体既能导电又能阻挡电流流动，这使它们成为不遵循传统导体与绝缘体分类的独特材料。
美国爱达荷国家实验室（INL）的科学家在一种钚化合物中发现了一种罕见的量子特性——拓扑近藤绝缘态。这一发现见于六硼化钚（PuB₆），意义重大，因为这种重金属虽已被广泛研究并用于工业过程，但该特性此前一直未被探索。
钚于20世纪40年代由加州大学伯克利分校的研究人员首次分离出来，随后被多国广泛用于制造核武库。这种重金属也在核反应堆中产生，并可回收用作燃料。80多年来，科学家对钚进行了广泛研究，但其量子特性却一直不为人知。
这在一定程度上是因为钚是一种锕系金属，研究起来极其困难。磁性、导电性等关键性质由这些原子的电子决定。钚化合物难以处理和测量，需要像INL所拥有的那种高度专业化的设施才能进行研究。
钚中的量子特性
在六硼化钚中发现的量子特性被称为拓扑近藤绝缘态。这个名称听起来复杂，但其背后的量子特性却相当容易理解。
材料要么是电的良导体，要么是不良导体（绝缘体），要么允许电流通过，要么不允许。而拓扑绝缘体却能两者兼得：既能导电，又能阻挡电流。拓扑绝缘体的内部会阻挡电子流动，而外部表面则允许电子自由流动。
拓扑绝缘体的表面导电性极强，且不会被杂质或物理缺陷破坏。近藤绝缘态是一种特殊的量子效应，材料内的电子发生极强相互作用，从而产生新的集体行为。
六硼化钚为INL的研究人员提供了一个罕见的机会，去观察这些相互作用是如何发生的。
为何研究钚？
INL研究员周树祥（Shuxiang Zhou，音译）在新闻稿中表示：“我们的计算捕捉到了六硼化钚的基本电子和结构特性，为其拓扑性质提供了有力支持，并为研究类似的锕系材料提供了一条高效途径。”
了解拓扑量子态如何在锕系材料中涌现，将帮助研究人员模拟复杂的核行为，为目前尚不存在的新技术和新材料铺平道路。
INL的研究人员没有仅仅测量PuB₆的性质，而是与哥伦比亚大学的研究人员合作，去理解该化合物内部在量子层面上究竟发生了什么。
这一点很重要，因为该化合物在核科学和量子物理中具有实际应用。了解该化合物的工作原理有助于保持反应堆的安全，同时延长所用核材料的寿命。
理解钚的量子方面有助于开发传感和计算等应用，这可能会重塑核系统和核材料的建模方式。
这项研究也展示了像INL这样拥有设计、制造和研究钚基量子材料设施的实验室所发挥的作用。参与这项工作的INL研究员丹尼尔·默里（Daniel Murray）补充道：“INL是唯一具备专业知识和基础设施，能够高效、安全地对超铀材料开展此类研究的机构。”
该研究成果已发表在《物理评论研究》期刊上。
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