普林斯頓大學物理學研究團隊近期在一種由二碲化鎢製成的二維絕緣材料中發現了量子振盪現象，這一發現打破了一個世紀以來對金屬與絕緣體之間區別的固有認知，甚至可能發現了一種新的量子粒子的存在。相關研究成果發表在《自然》上。

量子振盪現象一直以來被認為是區別金屬與絕緣體之間差異的重要標誌。金屬導電，電子可移動，磁場加低溫可以讓電子轉化為量子狀態，導致金屬電阻率振盪。但絕緣體電阻率很高，電子無法移動，所以無論如何施加磁場都無法發生量子振盪。

普林斯頓研究團隊在研究二碲化鎢絕緣材料時卻發現了一個“悖論”，絕緣體竟然發生了金屬獨有的量子振盪現象。二碲化鎢是一種具有層狀結構的過渡金屬硫族化合物，具有特殊的磁阻效應，單層二碲化鎢是第一種被發現的“拓撲絕緣體”，也是第一種存在“鐵電翻轉”現象的二維材料。

研究人員使用透明膠帶將二碲化鎢逐漸剝離或刮至單原子薄層，發現厚的二碲化鎢材料行為類似金屬，但單層二碲化鎢材料是堅固的絕緣體。在測量磁場下單層二碲化鎢材料的電阻率時，發現儘管該絕緣體電阻率很大，但是隨著磁場的增加，會發生量子振盪現象，進入量子狀態。

一種電阻率很大的絕緣體竟然出現金屬材料才會出現的量子特性，研究人員也無法用現有理論解釋這一現象，他們提出了一種假設：也許存在一種帶中性電荷的量子物質，最終振盪的不是電子，而是這些從電子強相互作用中誕生的、被他們稱為“中性費米子”的新粒子，產生這種顯著的量子效應。

費米子是包含電子的一類量子粒子。在量子材料中，帶電的費米子可以是負責導電的負電荷電子或正電荷“空穴”，即絕緣體材料中這些帶電費米子不能自由移動。而從理論上講，不帶負電荷也不帶正電荷的中性粒子可能存在於絕緣體中，並在絕緣體中移動。

實驗結果與所有基於帶電費米子的現有理論相悖，唯一中性費米子的概念能夠解釋。研究團隊計劃進一步研究二碲化鎢材料的量子特性，並驗證上述假設是否成立。