常见的相变是随温度变化而发生的相变。冰在0摄氏度时转变为液态水。液态水会在100摄氏度下发生相变而变成水蒸气。类似地，磁性材料在临界温度下变为非磁性。但是，也存在不依赖于温度的相变。它们出现在绝对零[-273.15摄氏度]附近，并与量子涨落相关。

一项涉及极端条件下的实验的研究，尤其是在超低温和强磁场下，并伴随对实验结果的理论解释，探索了这种情况，并研究了在非常不寻常的转变中表现出的量子临界点。

意大利研究人员瓦伦蒂娜马尔泰利和秘鲁胡利奥·拉雷亚，两位教授在圣保罗大学物理研究所(IF-USP)在巴西，参与了这项研究，这是发表在国家科学学院院刊 (PNAS)。

由Silke Paschen教授领导的实验部分是在奥地利维也纳科技大学(TUW)的实验室中进行的。该理论工作是由美国赖斯大学物理与天文学教授齐苗斯(Qimiao Si)领导的小组完成的。

拉雷亚说：“我们发现并解释了两个连续的量子临界点的证据，这些临界点与近藤效应的双重破坏有关。”

Kondo效应以日本物理学家Jun Kondo(生于1930年)的名字命名，可以解释基于稀土元素的金属化合物中重铁原子的形成。在这些化合物中，电子由于具有很强的相关性而共同发挥作用，形成单峰(表现为单个粒子的不同粒子的集合)，可以表示为稀土离子的局部磁矩与周围的传导电子。这种准粒子的质量可以达到自由电子质量的数千倍。

在此处描述的研究中，单重态按两个磁性顺序断裂了两次：一个是由准粒子的磁矩产生的双极，另一个是由其电子轨道之间的相互作用产生的四极。

该实验是使用重铁离子Ce3Pd20Si6，铈(Ce)，钯(Pd)和硅(Si)的化合物进行的。Larrea将在“圣保罗研究基金会”的“ 极端条件下的拓扑和外来量子态研究”项目的支持下继续进行这项研究。

相图显示了两个量子临界点QCP1和QCP2，在该临界点处，偶极和四极磁阶分别发生了分解。纵轴上的数量T是绝对温度，以开尔文为单位;水平轴上的B量是特斯拉中的磁场。信用：PNAS

拉雷亚说：“这些转变的起点是电子与某些材料之间的强相关性，这使我们能够了解这种状态变化。”

“各种各样的集体相互作用会影响电子。一种可能的状态是我们所谓的'奇怪金属'。” 在重费米子中，电子的传输与普通金属类似，但是电子具有很强的相关性，并且表现出共同的行为，就像它们形成单个准粒子一样，可以传输电荷。这不是在量子相变中发生的事情，因此将该状态称为“奇怪”。我们通过实验观察到的是，诸如电阻之类的物理特性与金属中的经典电子传输行为完全不同。”

该现象发生在非常接近绝对零的极低温度下。当温度下降到这种低水平时，热力学波动实际上消失了，观察到了量子波动，构成了其中电子之间发生相互作用的“介质”。

“直到我们的研究发表之前，大多数这类实验都集中在电子相关导致同时发生迭代和局部电子磁性的材料上。这些材料属于稀土族，包括重费米子：'费米子拉雷亚说：“因为电子具有分数自旋并服从费米-狄拉克的统计，所以“重”是因为它们与具有大有效质量的准粒子相关。

“这些材料还具有磁矩，因此，除了带有电荷的准粒子外，它们还与具有被导电电子屏蔽或屏蔽的磁矩的准粒子相关。每个屏蔽的磁矩都可以耦合到在Ce3Pd20Si6的情况下，该顺序是反铁磁性的，这意味着晶格中的磁矩以反平行的方式耦合。在达到量子临界点时，可以通过施加磁场来抑制该磁阶，而不受热力学控制参数的影响。近藤单线态击穿，与该磁阶耦合的电子简单分离。”

这与量子力学的基本原理没有矛盾，但是与基本物理学教科书中所描述的完全不同。因为磁矩是相对于自旋定义的，所以抑制磁阶会导致电子看上去缺乏自旋的情况。

拉雷亚说：“基于磁阶的量子临界点先前已经在其他文章中报道过。” “在我们的案例中，不同之处在于，除了偶极磁阶以外，材料还表现出由电子轨道产生的四极磁阶。我们的相图几乎是研究的图形总结，因此显示了两个量子临界点：一种是偶极顺序被破坏，另一种是四极顺序被破坏。”

据拉雷亚介绍，除了这一发现之外，这项研究的结果也很重要，因为它们有助于理解其他未解决的问题，例如电子如何集体组织以产生超导性。他说：“需要集体命令才能进行远程运输。” “某些在电子之间具有很强相关性的材料可以提供这一点。我们现在知道，即使在温度不同于绝对零的情况下，也可以抑制这些强相关性，从而有利于形成具有可测量物理性质的新状态。”

下一步是使用不同的控制参数(压力)来扩展对电子相关性变化的研究，以便将来有可能在诸如量子计算等领域对这种知识进行技术利用。