普林斯顿大学物理学研究团队近期在一种由二碲化钨制成的二维绝缘材料中发现了量子振荡现象，这一发现打破了一个世纪以来对金属与绝缘体之间区别的固有认知，甚至可能发现了一种新的量子粒子的存在。相关研究成果发表在《自然》上。
量子振荡现象一直以来被认为是区别金属与绝缘体之间差异的重要标志。金属导电，电子可移动，磁场加低温可以让电子转化为量子状态，导致金属电阻率振荡。但绝缘体电阻率很高，电子无法移动，所以无论如何施加磁场都无法发生量子振荡。
普林斯顿研究团队在研究二碲化钨绝缘材料时却发现了一个“悖论”，绝缘体竟然发生了金属独有的量子振荡现象。二碲化钨是一种具有层状结构的过渡金属硫族化合物，具有特殊的磁阻效应，单层二碲化钨是第一种被发现的“拓扑绝缘体”，也是第一种存在“铁电翻转”现象的二维材料。
研究人员使用透明胶带将二碲化钨逐渐剥离或刮至单原子薄层，发现厚的二碲化钨材料行为类似金属，但单层二碲化钨材料是坚固的绝缘体。在测量磁场下单层二碲化钨材料的电阻率时，发现尽管该绝缘体电阻率很大，但是随着磁场的增加，会发生量子振荡现象，进入量子状态。
一种电阻率很大的绝缘体竟然出现金属材料才会出现的量子特性，研究人员也无法用现有理论解释这一现象，他们提出了一种假设：也许存在一种带中性电荷的量子物质，最终振荡的不是电子，而是这些从电子强相互作用中诞生的、被他们称为“中性费米子”的新粒子，产生这种显著的量子效应。
费米子是包含电子的一类量子粒子。在量子材料中，带电的费米子可以是负责导电的负电荷电子或正电荷“空穴”，即绝缘体材料中这些带电费米子不能自由移动。而从理论上讲，不带负电荷也不带正电荷的中性粒子可能存在于绝缘体中，并在绝缘体中移动。
实验结果与所有基于带电费米子的现有理论相悖，唯一中性费米子的概念能够解释。研究团队计划进一步研究二碲化钨材料的量子特性，并验证上述假设是否成立。
