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全新磁性材料展現(xiàn)量子自旋液態(tài)

有望促進(jìn)量子計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)展

科技日?qǐng)?bào)北京1月23日電 (記者劉霞)據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)22日?qǐng)?bào)道，一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)在尋找新的物質(zhì)形態(tài)方面取得重大突破：他們證明，與鈣鈦礦相關(guān)的金屬氧化物TbInO3展現(xiàn)出量子自旋液態(tài)，這是科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)一直在追尋的一種物質(zhì)形態(tài)，有望應(yīng)用于量子計(jì)算等領(lǐng)域。

40多年前，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主菲利普·安德森從理論上提出了量子自旋液態(tài)。該理論認(rèn)為，在量子自旋液體中，磁矩的“行為”像液體，即使在絕對(duì)零度也不會(huì)凍結(jié)，從而產(chǎn)生一些非凡的材料特性。自此，有不少科學(xué)家希望能發(fā)現(xiàn)量子自旋液體，尋找和探索可能擁有這種物質(zhì)形態(tài)的新材料也成為先進(jìn)材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。

在最新研究中，科學(xué)家利用非彈性中子散射和μ子光譜等尖端實(shí)驗(yàn)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)TbInO3中的奇特量子態(tài)來(lái)自于該材料中磁性離子——稀土元素鋱(Tb)離子周圍局部環(huán)境的復(fù)雜性。

這一發(fā)現(xiàn)令團(tuán)隊(duì)感到意外，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為，根據(jù)TbInO3的晶體結(jié)構(gòu)，它不應(yīng)該表現(xiàn)出這種反常的磁性行為。

麥克馬斯特大學(xué)布魯克豪斯材料研究所所長(zhǎng)布魯斯·高林教授解釋說(shuō)：“這種材料看起來(lái)很簡(jiǎn)單，鋱自旋裝點(diǎn)一個(gè)二維的三角形結(jié)構(gòu)。但在現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的幫助下，這種結(jié)構(gòu)的低溫磁性表現(xiàn)出一種非常奇特的量子無(wú)序物質(zhì)狀態(tài)——量子自旋液態(tài)，這一結(jié)果令人意外，但也令人興奮。”

利物浦大學(xué)量子材料專家魯西·克拉克博士說(shuō)：“我們的研究表明，TbInO3是一種令人矚目的磁性材料，擁有很多有趣的特性。”