量子物质异质结构：开启凝聚态物理的新篇章

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量子物质异质结构：开启凝聚态物理的新篇章（DOI: 10.1146/annurev-conmatphys-031016-025404）

量子物质异质结构结合了异质结构工程的强大能力与量子材料的集体和涌现特性，为固体物理开辟了新的研究领域。本文综述了量子物质异质结构的界面和异质结构的现状、局限性、展望和挑战。

传统异质结构的成功
传统异质结构，如半导体、金属和绝缘体的多层结构，已经在电子学、量子光学和自旋电子学等领域取得了巨大成功。其关键在于材料相对简单，生长技术成熟，能够实现高质量的多层结构。例如，半导体异质结构被广泛应用于制造高性能的电子器件，如高电子迁移率晶体管（HEMT）和半导体激光器。这些结构的成功在于能够通过能带工程实现独特的电子性质，而高质量的生长技术则为这些应用提供了基础。

量子物质异质结构的兴起
如今，基于过渡金属氧化物、范德瓦尔斯材料和有机化合物等复杂材料的异质结构正在迅速发展。这些材料由于量子效应而展现出超越经典行为的现象，如重费米子化合物、高温超导铜氧化物等。量子物质异质结构的独特之处在于，它们可以通过精确控制材料的堆叠和界面，创造出自然界中不存在的电子态和功能。例如，通过将不同的量子材料堆叠在一起，可以实现电子态的耦合，从而产生新的物理现象，如多铁行为和拓扑效应。

未来展望
量子物质异质结构有望在科学发现和应用中带来前所未有的机遇。通过精确控制材料的堆叠和界面，可以创造出自然界中不存在的电子态和功能。例如，增强超导转变温度等。此外，量子物质异质结构还可以用于开发新型的电子器件，如基于量子效应的场效应晶体管和传感器。这些器件不仅具有更高的性能，还可能实现一些传统器件无法实现的功能。

结语：
量子物质异质结构的研究才刚刚开始，其广阔的可能性和令人惊喜的发现将使其在未来几十年内成为凝聚态物理领域的一个蓬勃发展的研究方向。随着技术的不断进步和对量子物质理解的加深，我们有望在这一领域取得更多突破性进展。