Ce2Zr2O7樣品。圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
由來(lái)自美國(guó)、德國(guó)和加拿大的科學(xué)家組成的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在最新一期《物理評(píng)論X》雜志上撰文稱(chēng)，他們?cè)诖判圆牧螩e2Zr2O7上首次觀測(cè)到了“量子自旋液體基態(tài)”，最新研究有望為量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)辟新方向。
自旋是電子擁有的與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的內(nèi)部特性，正是自旋使磁鐵內(nèi)的材料具有磁性。在某些材料內(nèi)，自旋會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)紊亂，類(lèi)似于液體中的分子，因此有“自旋液體”這一說(shuō)法。自旋液體的主要特征是，即使冷卻到絕對(duì)零度（零下273攝氏度），它們?nèi)员３譄o(wú)序狀態(tài)，這是因?yàn)殡S著材料冷卻，自旋方向持續(xù)波動(dòng)，而非像傳統(tǒng)磁鐵那樣在固態(tài)中穩(wěn)定下來(lái)（在傳統(tǒng)磁鐵內(nèi)，所有自旋都是對(duì)齊的）。
研究人員解釋稱(chēng)，把一個(gè)電子想象成一個(gè)指向上或下的小指南針。在傳統(tǒng)磁鐵中，電子自旋都指向同一個(gè)方向，向上或向下，形成所謂的“鐵磁相”。但在量子自旋液體內(nèi)，電子置于一個(gè)三角形晶格中，形成三角形，其特征是強(qiáng)烈的湍流干擾了它們的順序，結(jié)果是一個(gè)糾纏波函數(shù)，沒(méi)有磁序。
最新研究負(fù)責(zé)人、蒙特利爾大學(xué)物理學(xué)教授安德里亞·比安奇解釋說(shuō)：“當(dāng)添加第三個(gè)電子時(shí)，電子自旋無(wú)法對(duì)齊，因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰電子的自旋相反，這就產(chǎn)生了我們所說(shuō)的磁阻挫。而這種基態(tài)這會(huì)產(chǎn)生激發(fā)，即使在非常低的溫度下，也能維持自旋的無(wú)序，從而維持液態(tài)?！?/p>
比安奇表示，Ce2Zr2O7是一種具有磁性的鈰基材料，此前科學(xué)家已經(jīng)制造出了這種化合物，新研究是以一種獨(dú)特的純凈形式制造它，他們使用在光學(xué)爐中熔化的樣品制造出了近乎完美的三角形原子排列，然后檢查量子態(tài)。結(jié)果表明，正是這個(gè)近乎完美的三角形，使他們?cè)贑e2Zr2O7中制造出了磁阻挫。
比安奇說(shuō)：“我們的測(cè)量結(jié)果顯示，粒子函數(shù)重疊，因此沒(méi)有經(jīng)典磁序的明顯跡象。此外，我們還觀察到自旋方向不斷波動(dòng)的分布，這是自旋液體和磁阻挫的特征，這表明我們所創(chuàng)造的材料在低溫下表現(xiàn)得像真正的自旋液體。”
在通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬證實(shí)這些觀察結(jié)果后，研究小組得出結(jié)論，他們確實(shí)觀測(cè)到了一種前所未見(jiàn)的量子態(tài)——量子自旋液體基態(tài)。