磁性材料中发现量子自旋液存在证据
科技日报北京12月29日电 （记者张佳欣）据最新一期《自然·物理》杂志报道，美国SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学研究团队在一种新型磁性笼目材料中，发现了内秉量子自旋液（QSL）存在的有力证据，为理解量子自旋液的基本原理并推动其在量子技术中的应用提供了关键依据。
自旋为1/2的笼目量子自旋液体候选材料——羟氯铜矿单晶样本。图片来源：美国斯坦福大学
量子自旋液是一种极为奇异的量子物质形态。在传统磁性材料中，电子的自旋，即其内秉角动量，通常会在温度降低时趋于稳定并形成有序排列。然而，在量子自旋液中，即便在接近绝对零度的极端低温下，自旋依然不会“结冰”，而是持续保持波动状态。这种状态伴随着高度的量子纠缠，使得一个粒子的状态变化会瞬间影响到其他粒子。
笼目材料因其特殊几何结构，长期被视为孕育量子自旋液的理想平台。此前，研究团队曾在笼目材料羟氯铜矿中观测到奇异激发，但这是否属于QSL的共性规律曾引发学术界争论。
为了验证这一猜想，团队此次合成了一种新型磁性笼目材料“锌巴洛石”，并将其冷却至极低温度，随后对材料中自旋的能量激发进行精细测量。结果显示，这种材料中的基本激发正是量子自旋液的重要标志。这一发现有力证明了，这种奇异的量子激发是广泛存在于笼目材料家族中的普遍现象。
团队表示，在真实材料中获得与理论高度一致的实验结果，是确认量子自旋液存在的重要一步。
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