常見的相變是隨溫度變化而發生的相變。冰在0攝氏度時轉變為液態水。液態水會在100攝氏度下發生相變而變成水蒸氣。類似地，磁性材料在臨界溫度下變為非磁性。但是，也存在不依賴于溫度的相變。它們出現在絕對零[-273.15攝氏度]附近，并與量子漲落相關。

一項涉及極端條件下的實驗的研究，尤其是在超低溫和強磁場下，并伴隨對實驗結果的理論解釋，探索了這種情況，并研究了在非常不尋常的轉變中表現出的量子臨界點。

意大利研究人員瓦倫蒂娜馬爾泰利和秘魯胡利奧·拉雷亞，兩位教授在圣保羅大學物理研究所(IF-USP)在巴西，參與了這項研究，這是發表在國家科學學院院刊 (PNAS)。

由Silke Paschen教授領導的實驗部分是在奧地利維也納科技大學(TUW)的實驗室中進行的。該理論工作是由美國賴斯大學物理與天文學教授齊苗斯(Qimiao Si)領導的小組完成的。

拉雷亞說：“我們發現并解釋了兩個連續的量子臨界點的證據，這些臨界點與近藤效應的雙重破壞有關。”

Kondo效應以日本物理學家Jun Kondo(生于1930年)的名字命名，可以解釋基于稀土元素的金屬化合物中重鐵原子的形成。在這些化合物中，電子由于具有很強的相關性而共同發揮作用，形成單峰(表現為單個粒子的不同粒子的集合)，可以表示為稀土離子的局部磁矩與周圍的傳導電子。這種準粒子的質量可以達到自由電子質量的數千倍。

在此處描述的研究中，單重態按兩個磁性順序斷裂了兩次：一個是由準粒子的磁矩產生的雙極，另一個是由其電子軌道之間的相互作用產生的四極。

該實驗是使用重鐵離子Ce3Pd20Si6，鈰(Ce)，鈀(Pd)和硅(Si)的化合物進行的。Larrea將在“圣保羅研究基金會”的“ 極端條件下的拓撲和外來量子態研究”項目的支持下繼續進行這項研究。

相圖顯示了兩個量子臨界點QCP1和QCP2，在該臨界點處，偶極和四極磁階分別發生了分解。縱軸上的數量T是絕對溫度，以開爾文為單位;水平軸上的B量是特斯拉中的磁場。信用：PNAS

拉雷亞說：“這些轉變的起點是電子與某些材料之間的強相關性，這使我們能夠了解這種狀態變化。”

“各種各樣的集體相互作用會影響電子。一種可能的狀態是我們所謂的'奇怪金屬'。” 在重費米子中，電子的傳輸與普通金屬類似，但是電子具有很強的相關性，并且表現出共同的行為，就像它們形成單個準粒子一樣，可以傳輸電荷。這不是在量子相變中發生的事情，因此將該狀態稱為“奇怪”。我們通過實驗觀察到的是，諸如電阻之類的物理特性與金屬中的經典電子傳輸行為完全不同。”

該現象發生在非常接近絕對零的極低溫度下。當溫度下降到這種低水平時，熱力學波動實際上消失了，觀察到了量子波動，構成了其中電子之間發生相互作用的“介質”。

“直到我們的研究發表之前，大多數這類實驗都集中在電子相關導致同時發生迭代和局部電子磁性的材料上。這些材料屬于稀土族，包括重費米子：'費米子拉雷亞說：“因為電子具有分數自旋并服從費米-狄拉克的統計，所以“重”是因為它們與具有大有效質量的準粒子相關。

“這些材料還具有磁矩，因此，除了帶有電荷的準粒子外，它們還與具有被導電電子屏蔽或屏蔽的磁矩的準粒子相關。每個屏蔽的磁矩都可以耦合到在Ce3Pd20Si6的情況下，該順序是反鐵磁性的，這意味著晶格中的磁矩以反平行的方式耦合。在達到量子臨界點時，可以通過施加磁場來抑制該磁階，而不受熱力學控制參數的影響。近藤單線態擊穿，與該磁階耦合的電子簡單分離。”

這與量子力學的基本原理沒有矛盾，但是與基本物理學教科書中所描述的完全不同。因為磁矩是相對于自旋定義的，所以抑制磁階會導致電子看上去缺乏自旋的情況。

拉雷亞說：“基于磁階的量子臨界點先前已經在其他文章中報道過。” “在我們的案例中，不同之處在于，除了偶極磁階以外，材料還表現出由電子軌道產生的四極磁階。我們的相圖幾乎是研究的圖形總結，因此顯示了兩個量子臨界點：一種是偶極順序被破壞，另一種是四極順序被破壞。”

據拉雷亞介紹，除了這一發現之外，這項研究的結果也很重要，因為它們有助于理解其他未解決的問題，例如電子如何集體組織以產生超導性。他說：“需要集體命令才能進行遠程運輸。” “某些在電子之間具有很強相關性的材料可以提供這一點。我們現在知道，即使在溫度不同于絕對零的情況下，也可以抑制這些強相關性，從而有利于形成具有可測量物理性質的新狀態。”

下一步是使用不同的控制參數(壓力)來擴展對電子相關性變化的研究，以便將來有可能在諸如量子計算等領域對這種知識進行技術利用。