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歷史首次!量子自旋液體基態(tài)首次觀測

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原標題:量子自旋液體基態(tài)首次觀測到了

由來自美國、德國和加拿大的科學(xué)家組成的國際科研團隊在最新一期《物理評論X》雜志上撰文稱,他們在磁性材料Ce2Zr2O7上首次觀測到了“量子自旋液體基態(tài)”,最新研究有望為量子計算機設(shè)計開辟新方向。

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),自旋會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)紊亂,類似于液體中的分子,因此有“自旋液體”這一說法。自旋液體的主要特征是,即使冷卻到絕對零度(零下273攝氏度),它們?nèi)员3譄o序狀態(tài),這是因為隨著材料冷卻,自旋方向持續(xù)波動,而非像傳統(tǒng)磁鐵那樣在固態(tài)中穩(wěn)定下來(在傳統(tǒng)磁鐵內(nèi),所有自旋都是對齊的)。

研究人員解釋稱,把一個電子想象成一個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),電子置于一個三角形晶格中,形成三角形,其特征是強烈的湍流干擾了它們的順序,結(jié)果是一個糾纏波函數(shù),沒有磁序。

最新研究負責(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:“當(dāng)添加第三個電子時,電子自旋無法對齊,因為兩個相鄰電子的自旋相反,這就產(chǎn)生了我們所說的磁阻挫。而這種基態(tài)這會產(chǎn)生激發(fā),即使在非常低的溫度下,也能維持自旋的無序,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,正是這個近乎完美的三角形,使他們在Ce2Zr2O7中制造出了磁阻挫。

比安奇說:“我們的測量結(jié)果顯示,粒子函數(shù)重疊,因此沒有經(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?!?/p>

在通過計算機模擬證實這些觀察結(jié)果后,研究小組得出結(jié)論,他們確實觀測到了一種前所未見的量子態(tài)——量子自旋液體基態(tài)。

評論
演繹無限精彩!
大學(xué)士級
被稱為“量子自旋液體”的全新物質(zhì)狀態(tài)已經(jīng)被假設(shè)了幾十年,現(xiàn)在科學(xué)家們終于首次在實驗室中觀察到它。
2022-05-13
科普@書香
貢士級
觀察到自旋方向不斷波動的分布,這是自旋液體和磁阻挫的特征,材料在低溫下表現(xiàn)得像真正的自旋液體。”
2022-05-13
坦 蕩 蕩
少師級
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。
2022-05-13