2026年6月23日——材料内部电子的组织和运动方式决定了它是导电体、具有磁性，还是能够实现超导。由于无法直接观测这种电子行为，科学家通过观察材料在磁场等外力作用下的响应来研究它。其中一种重要方法是磁量子振荡（MQO），即当电子在磁场作用下重新组织成特定能态时，物理性质发生微小的周期性变化。

磁量子振荡通常在金属和半金属中被观测到，在这些材料中，电子可以自由移动。然而，出乎意料的是，在绝缘体中——一种不存在自由移动的带电准粒子或费米面的材料——也发现了这种振荡，这引发了关于其成因的疑问。

如今，由日本东京理工大学（TUS）物理学与天文学系的Ryosuke Kurihara博士领导的研究团队，与日本东京大学固体物理研究所的Atsuhiko Miyata博士、东京大学先进材料科学系的Shusaku Imajo博士以及日本神户大学物理学系的Ruo Hibino博士合作，利用超声波测量法，在十二硼化镱（YbB₁₂）的场诱导金属相中观测到了量子振荡，同时值得注意的是，在其绝缘态中并未发现这种振荡。他们的研究结果于2026年6月16日发表在《物理评论B》期刊上，为这种拓扑近藤绝缘体的反常行为提供了新的见解。该论文还被选为“编辑推荐”文章，这是该期刊授予的荣誉，旨在突出特别重要和值得关注的研究。

“由于已知YbB₁₂的量子振荡具有样品依赖性，我们希望使用一个已经确认存在量子振荡的样品，通过超声波测量来验证量子振荡是否真的无法被观测到，并将相关数据整理成论文。在我们之前对YbB₁₂的超声波研究中，并未检测到量子振荡。此外，如果超声波无法观测到量子振荡，那么必定存在某种潜在的物理学原理可以解释为何观测不到，我们也希望对此进行验证，”Kurihara博士表示。

YbB₁₂是一种近藤绝缘体，在这种材料中，电子间的强烈相互作用在低温下会打开一个能隙，使其表现出绝缘体行为，同时却又具有类似金属的电子特性。然而，先前的磁电阻测量（追踪材料电阻在磁场中的变化）在材料仍处于绝缘态时就检测到了量子振荡。这与传统认知——即磁量子振荡需要自由移动的带电粒子——相矛盾。

为了更好地理解这一行为，研究人员对一块高质量的YbB₁₂晶体进行了体敏感的超声波实验，该晶体在先前的磁电阻研究中已显示出量子振荡。他们将材料暴露在高达65特斯拉的磁场中，同时将其冷却至接近绝对零度的485毫开尔文。

研究人员利用超声波测量来追踪材料的弹性特性如何响应磁场，重点关注两个弹性常数：C11和C44。在低于约45特斯拉的场致绝缘体-金属转变的绝缘态中，研究小组没有发现磁声量子振荡（MAQO）的明确证据。相反，他们在纵向弹性常数C11中观测到了异常特征，包括在约10特斯拉和30特斯拉处微妙的凹陷状和扭结状变化，以及在约39特斯拉处的另一个异常。然而，一旦YbB₁₂在约45特斯拉以上转变为金属态，两种声学模式中都出现了清晰的量子振荡，这表明声波与金属相中的准粒子发生了更强的相互作用。

研究人员认为，绝缘态中未出现磁声量子振荡，可能是由于假定的费米子准粒子与声学声子（在材料中传播声音的振动）之间的耦合较弱所致。此外，这些准粒子较大的回旋质量可能会抑制振荡信号，使其难以被超声波检测到。

通过阐明这些振荡出现的时间和方式，这项研究有助于研究人员更好地理解材料中的反常量子态，并推动对下一代量子材料的探索。

“我们的发现为YbB₁₂绝缘态的反常行为提供了进一步的信息，”Kurihara博士表示。