科學家發(fā)現(xiàn)了新的量子自旋液體

由利物浦大學和麥克馬斯特大學領導的國際研究小組在尋找新的物質狀態(tài)方面取得了重大突破。

研究 人員在“ 自然物理學 ”雜志上發(fā)表 的 一項研究表明，鈣鈦礦相關的金屬氧化物TbInO 3具有量子自旋液態(tài)，是一種長期追求和不尋常的物質狀態(tài)。

利用尖端實驗技術，包括非彈性中子散射和μ子光譜，研究人員發(fā)現(xiàn)TbInO 3中的奇異量子態(tài) 來自材料中磁性離子周圍局部環(huán)境的復雜性，在這種情況下，稀土元素鋱。

這一發(fā)現(xiàn)令團隊感到意外，因為TbInO 3 是一種不希望根據(jù)其晶體結構顯示出這種異常磁性行為的材料。

四十年前，諾貝爾獎獲得者菲利普安德森(Philip Anderson)在理論上提出了量子自旋液態(tài)。在量子自旋液體中，磁矩表現(xiàn)得像液體，即使在絕對零度下也不會凍結或排序，從而產生一些非凡的材料特性。

量子自旋液體的物化仍然受到廣泛質疑。因此，發(fā)現(xiàn)和探索可能存在這種物質狀態(tài)的新材料是先進材料研究的活躍領域，并且在量子計算的發(fā)展中具有潛在的應用。

來自大學 材料創(chuàng)新工廠的 負責量子材料研究項目的 Lucy Clark博士說：“我們花了幾年的努力和實驗來達到我們對TbInO 3的理解。”

“當研究像量子自旋液體這樣復雜的物質量子態(tài)時，進行一次實驗往往會引發(fā)更多的問題而不是它能夠回答的問題。然而，在TbInO 3的情況下，物理學特別豐富，因此我們特別堅持不懈。我們的研究表明，TbInO 3 是一種引人入勝的磁性材料，最有可能為我們提供更多有趣的特性。“

“如果沒有我們的同事在橡樹嶺實驗室的世界領先的中心設施 和盧瑟福阿普爾頓實驗室的ISIS設施 的合作，這項工作就不可能完成，我們 的大部分實驗都在那里進行。這兩種設施都產生顆粒 - 特別是中子和μ子 - 我們可以用來探測材料的原子結構和性質，以揭示新相的性質，例如量子自旋液體。

麥克馬斯特大學布魯克豪斯材料研究所所長布魯斯·高林教授說：“這種材料看起來很簡單，鋱紡可以裝飾一個二維的三角形結構。但是，憑借我們所掌握的現(xiàn)代實驗技術的全部補充，這種結構的低溫磁性基于兩種不同的鋱環(huán)境，呈現(xiàn)出完全奇特的量子無序物質狀態(tài) - 一種意想不到的令人興奮的結果。“

Lucy Clark博士補充說：“項目成功的關鍵是強大而持久的國際合作，包括由羅格斯大學量子材料合成中心主任Sang-Wook Cheong教授領導的團隊。”