基于实数的量子理论可通过实验证伪

虽然复数在数学中必不可少，但在描述物理实验时却并不需要，因为物理实验是用概率来表示的，因此使用实数。然而，物理学的目标是通过理论来解释而非描述实验。

虽然大多数物理理论都基于实数，但量子理论是第一个用复希尔伯特空间的算符来表述的。这让无数物理学家感到困惑，包括量子理论的创始人，对于他们来说，量子理论的真实版本，用真实的算符来表示，似乎更为自然。

事实上，此前的研究已经表明，只要各部分共享任意真实量子态，这种“真实量子理论”就可重现任何多体实验的结果。

研究组探讨了在量子形式主义中是否真的需要复数。他们通过证明量子理论的实希尔伯特空间公式和复希尔伯特空间公式在包含独立状态和度量的网络场景中可做出不同的预测，证明了这一点。

这使人们能够设计出一个类似贝尔测试的实验，实验成功则推翻真正的量子理论，就像标准贝尔测试推翻局部物理学一样。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04160-4

缠绕莫尔带的量子反常霍尔效应

电子关联和拓扑学是现代凝聚态物理学的两条主线。半导体莫尔材料为电子关联的研究提供了一个高度可调的平台。相关驱动现象，包括莫特绝缘体、广义维格纳晶体、条纹相和连续莫特跃迁，均已得到证实。然而，非平凡能带拓扑仍不清楚。

研究组报道了在AB—堆叠的MoTe2/WSe2莫尔异质双层中观察到的量子反常霍尔效应。与AA—堆叠的异质双层不同，面外电场不仅控制带宽，还通过以不同层为中心缠绕莫尔带来控制能带拓扑。

在半带填充时，对应于每个莫尔晶胞有一个粒子，研究组观察到量子化霍尔电阻h/e2（h和e分别表示普朗克常数和电子电荷），在磁场为零时，纵向电阻消失。

从莫特绝缘体到量子反常霍尔绝缘体的电场诱导拓扑相变先于绝缘体到金属的相变。与大多数已知的拓扑相变相反，它并不伴随体电荷间隙闭合。该研究为发现半导体莫尔材料中由强关联和拓扑共同影响而产生的新现象奠定了基础。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04171-1

磁性锯齿形石墨烯纳米带中掺杂边缘态的自旋分裂

氢端锯齿形纳米石墨烯中的自旋有序电子态产生了磁量子现象，激发了人们对碳基自旋电子学的新兴趣。锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），即由平行锯齿形边缘包围的准一维石墨烯半导体带，具有本征电子边缘态，这些本征电子边缘态沿着带边缘铁磁有序，并沿其宽度反铁磁耦合。

尽管最近在自下向上合成具有对称保护的拓扑相甚至金属零模带的GNR方面取得了进展，但长期以来，ZGNR独特的磁边缘结构因其锯齿形边缘态与基底表面态的强杂化而无法直接观测。

研究组提出了一种通用技术，通过沿ZGNR边缘引入取代N原子掺杂的超晶格，来热力学稳定和电子解耦高反应性的自旋极化边缘态。第一性原理GW计算和扫描隧道光谱揭示了由ZGNR铁磁有序边缘态诱导的交换场（~850特斯拉）对低能态氮孤对平带的巨大自旋分裂。

该发现直接证实了ZGNR中预测的突现磁序性质，并为探索其性能以及功能集成到纳米级传感和逻辑器件提供了一个强大的平台。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04201-y

高熵聚合物在低电场下产生巨大电卡效应

十多年来对电卡（EC）效应的研究已产生了满足制冷热泵所需的最低5K EC温度变化的EC材料和EC多层芯片。但这些EC温度变化是通过施加高电场（接近其介电击穿强度）产生的，这导致EC性能的快速退化和疲劳。

研究组报道了一类EC聚合物，在50 MV m-1下，EC熵变为37.5 J kg-1K-1，温度变化为7.5 K，在相同场强下，与最先进的EC聚合物相比，提高了275%。

研究发现，将聚（偏氟乙烯—三氟乙烯—氯氟乙烯）三元共聚物中的少量氯氟乙烯基团转化为共价双键可显著增加极化基元的数量，并增强聚合物的极性—非极性界面面积。聚合物中的极化相采用一种松散关联的高熵状态，具有较低的电场诱导开关势垒。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04189-5

（未玖编译）