近日，来自德国雷根斯堡大学和美国密歇根大学等机构的科学家们，在量子材料研究领域取得了一项重大突破。他们发现了一种名为硫化溴化铬的特殊材料，有望为量子技术发展按下“加速键” 。硫化溴化铬之所以备受关注，是因为它是一种能 “一材多用” 的神奇材料。它可以通过电荷、光（光子）、磁（电子自旋）和振动（声子）等多种方式来编码和处理信息。

科学家们发现，这种材料的磁性在控制量子信息方面发挥着关键作用。在低温环境下（低于132开尔文，约 -222华氏度），硫化溴化铬的原子层会被磁化，呈现出反铁磁结构，即相邻原子层的磁场方向相反。这种特殊的磁性结构能够像 “量子陷阱” 一样，将携带信息的量子粒子——激子，限制在单个原子层内的一条线上。激子被限制后，相互碰撞的概率大大降低，使得量子信息能够更长久地保存。

而当温度升高到132开尔文以上时，材料就不再被磁化，激子不再受束缚，会扩展到多个原子层，变成三维状态，并且可以自由移动。

在实验中，由雷根斯堡大学鲁珀特·胡贝尔教授带领的团队，用极短的红外光脉冲激发硫化溴化铬样本产生激子，然后用能量较低的红外激光进一步研究激子。他们惊喜地发现，激子存在两种能量差异很大的状态，这一现象被称为精细结构。而且，激子的状态还与材料内部的方向有关，通过外部磁场或温度变化改变材料的磁性状态，就能调控激子是被限制在一维直线上，还是扩展到三维空间。

密歇根大学的马基洛·基拉教授带领理论团队，通过量子多体计算，成功解释了这些实验现象。他们的计算不仅预测了磁性有序材料中激子的精细结构分裂，还证实了激子从一维到三维的转变，会影响激子的碰撞概率和信息保存时间。

目前，研究团队计划进一步探索，能否将由电荷分离产生的激子转化为电子自旋产生的磁激发。如果这一设想能够实现，将为在光子、激子和自旋等不同量子世界之间转换信息，开辟一条全新的道路，推动量子计算、量子传感等领域取得更大的进步。

这项研究得到了德国研究基金会、美国国家科学基金会、美国空军科学研究办公室以及密歇根大学先进研究计算资源的支持。来自捷克布拉格化学技术大学和德国德累斯顿工业大学的研究人员，也为该研究贡献了力量。相信随着研究的深入，硫化溴化铬将在未来的量子技术领域发挥更大的作用。

参考资料：DOI： 10.1038/s41563-025-02120-1