近日，美国斯坦福大学研究团队在《科学》杂志发表了一项突破性研究，他们通过氧同位素替换新方法，成功激发了普通材料钛酸锶（SrTiO₃）的量子特性，将其光电效应提升一倍多，压电效应提升四倍多，甚至能够触及量子临界点。

这一发现解决了量子计算机在极寒环境下工作的材料瓶颈，意味着钛酸锶有望成为未来量子计算机的核心材料。

在接近绝对零度（约-273°C）的极寒环境中，量子计算机的“大脑”——量子比特才能稳定工作。然而，传统电子和光学材料在这种条件下性能会大幅下降。

斯坦福团队发现钛酸锶在低温下不仅性能不会减弱，反而显著增强，其电光效应比目前最常用的电光材料强40倍。

01 突破性发现

斯坦福大学团队发现，通过将钛酸锶晶体中的部分轻氧原子（¹⁶O）替换为更重的氧同位素（¹⁸O），可以调整材料的量子行为。

当¹⁸O比例达到约33%时，系统达到量子临界点，此时量子涨落与趋向原子排队的的力量形成微妙平衡，系统的响应能力被放大到极致。

这一突破使钛酸锶的性能达到惊人的1060pm/V和400pC/N，远超传统材料。

在5开尔文（约-268°C）的极低温度下，钛酸锶表现出的线性Pockels系数高达500 pm/V，压电系数达90 pC/N。

02 应用前景

钛酸锶在量子技术领域拥有广泛的应用前景。

其电光效应让钛酸锶可以用电压调节激光性质，犹如一个“光的水龙头”，能够为量子计算机打造超快光开关，通过精确引导激光信号连接各个量子处理模块。

其压电效应则能让钛酸锶实现力与电的变形，在极寒环境中成为微操作小能手，可用于太空望远镜的超精微调校，通过纳米级精确伸缩实时校正镜面。

相比含铅的传统压电材料，钛酸锶对环境更为友好，并且能像制造电脑芯片一样，直接在硅晶圆上生长高质量的薄膜，与现有技术轻松集成。

03受益概念

在A股市场中，与钛酸锶材料相关的公司有望从这一技术突破中受益。

金瑞矿业（600714.SH）主营碳酸锶产品，拥有2万吨碳酸锶产能，且规划有4.5万吨碳酸锶扩建项目。

2024年公司碳酸锶销售均价同比上涨61.47%，业绩已直接受益于产品价格上涨。

红星发展（600367.SH）现有碳酸锶产能3万吨，并计划在2025年8月投产6万吨新产能，届时总产能将达9万吨。

随着量子计算和空间通信技术的快速发展，对能在极寒环境中高效工作的材料需求日益迫切。

钛酸锶作为一种成本较低、易于获取的材料，其独特性能正在打开新的应用视野。