磁性材料中發(fā)現(xiàn)量子自旋液存在證據(jù)

據(jù)最新一期《自然·物理》雜志報道，美國SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學(xué)研究團隊在一種新型磁性籠目材料中，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)秉量子自旋液（QSL）存在的有力證據(jù)，為理解量子自旋液的基本原理并推動其在量子技術(shù)中的應(yīng)用提供了關(guān)鍵依據(jù)。

量子自旋液是一種極為奇異的量子物質(zhì)形態(tài)。在傳統(tǒng)磁性材料中，電子的自旋，即其內(nèi)秉角動量，通常會在溫度降低時趨于穩(wěn)定并形成有序排列。然而，在量子自旋液中，即便在接近絕對零度的極端低溫下，自旋依然不會“結(jié)冰”，而是持續(xù)保持波動狀態(tài)。這種狀態(tài)伴隨著高度的量子糾纏，使得一個粒子的狀態(tài)變化會瞬間影響到其他粒子。

籠目材料因其特殊幾何結(jié)構(gòu)，長期被視為孕育量子自旋液的理想平臺。此前，研究團隊曾在籠目材料羥氯銅礦中觀測到奇異激發(fā)，但這是否屬于QSL的共性規(guī)律曾引發(fā)學(xué)術(shù)界爭論。

為了驗證這一猜想，團隊此次合成了一種新型磁性籠目材料“鋅巴洛石”，并將其冷卻至極低溫度，隨后對材料中自旋的能量激發(fā)進行精細測量。結(jié)果顯示，這種材料中的基本激發(fā)正是量子自旋液的重要標(biāo)志。這一發(fā)現(xiàn)有力證明了，這種奇異的量子激發(fā)是廣泛存在于籠目材料家族中的普遍現(xiàn)象。

團隊表示，在真實材料中獲得與理論高度一致的實驗結(jié)果，是確認量子自旋液存在的重要一步。