加州大学电气工程师和材料科学家团队展示了一项研究突破，可能会导致电气、光学和计算机技术的广泛进步。

由杰出教授Alexander Balandin领导的马兰和罗斯玛丽伯恩斯工程学院研究小组在实验室展示了新材料的独特实用功能，他们将其称为量子复合材料。

这些复合材料由被称为“电荷密度波量子材料”的小晶体组成，并结合在聚合物基质中。在加热或曝光时，电荷密度波材料会发生相变，导致复合材料出现异常的电响应。

与揭示量子现象的其他材料相比，Balandin小组创造的量子复合材料在更广泛的温度范围内表现出功能，并且储存电能的能力大大提高，使其具有极好的实用潜力。

加州大学河滨分校的研究人员在《先进材料》杂志上发表的一篇题为《带电荷密度波填料的量子复合材料》（Quantum Composites with Charge-Density Wave Fillers）的论文中描述了这种独特的特性。该论文的主要作者是Zahra Barani和Tekwam Geremew，他们是加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系的研究生，合成并测试了复合材料。另一位加州大学洛杉矶分校的研究生Maedeh Taheri是一位帮助进行电学测量的合著者。Balandin和助理兼职教授兼项目科学家Fariborz Kargar是通讯作者。

量子一词是指电子的行为更像波而不是粒子的材料和设备。电子的波动特性可以赋予材料不寻常的特性，这些特性可用于新一代计算机、电子和光学技术。

人们正在寻找揭示量子现象的材料来构建量子计算机，这些计算机超越了大多数计算的限制，现在大多数计算都是基于使用二进制位进行计算的芯片。这种材料也被用于各种电子和光学应用的超灵敏传感器。

但Balandin说，具有量子现象的材料有很大的缺点。这些材料的问题是，量子现象很脆弱，通常只有在极低的温度下才能观察到。缺陷和杂质破坏了电子波的功能。

值得注意的是，Balandin实验室创建的量子复合材料中的电荷密度波材料在室温以上高达50ºC时表现出功能。这个温度接近计算机和其他电子产品的运行温度，它们在运行时会升温。这种耐温性为量子复合材料在电子和储能领域的广泛应用提供了可能性。

研究人员还发现，量子复合材料具有异常高的介电常数——一种表征材料储电能力的指标。电绝缘复合材料的介电常数增加了两个数量级以上，这允许用于储能的更小和更强大的电容器。

Balandin说：“电容器可用于提供峰值功率并在意外关闭期间为计算机内存提供能量。与电池相比，电容器可以更快地充电和放电。为了扩大电容器的储能用途，需要增加单位体积的能量。我们的量子复合材料可能有助于实现这一目标。”

量子复合材料的另一个可能应用是反射涂层。由加热、光照或施加电场引起的介电常数变化可用于改变涂有此类复合材料的玻璃和窗户的光反射。

Balandin补充道：“我们希望，即使在无序复合材料中，甚至在室温以上，我们也能保持电荷密度波材料中量子凝聚相的能力，这将改变许多应用的游戏规则。这是一种在概念上不同的方法，用于调整我们日常生活中使用的复合材料的特性”。

该研究发表于《先进材料》杂志上。

DOI:10.1002/adma.202209708