首次观测到量子自旋液体的基态

一个由美国、德国和加拿大科学家组成的国际研究小组在最新一期《物理评论X》杂志上写道，他们首次在磁性材料Ce2Zr2O7上观察到“量子自旋液体的基态”。最新研究有望为量子计算机设计开辟新方向。

是自旋电子与旋转有关的内在特性，是自旋使磁体中的物质具有磁性。在某些材料中，自旋会导致结构紊乱，类似于液体中的分子，所以有了“自旋液体”这个术语。自旋的主要特征是，即使冷却到绝对零度(零下273摄氏度)，它们仍然保持无序状态。这是因为自旋方向随着材料冷却而不断波动，而不是像传统磁体那样稳定在固态(其中所有自旋都是对齐的)。

研究人员解释说，可以把电子想象成一个向上或向下的小指南针。在传统磁体中，电子自旋都指向同一个方向，向上或向下，形成所谓的“铁磁相”。然而，在量子自旋液体中，电子被放置在三角形晶格中形成三角形，其特点是强烈的湍流干扰了它们的顺序。结果是一个没有磁序的纠缠波函数。

最新的研究领导者、蒙特利尔大学物理学教授安德烈比安奇解释说：“当加入第三个电子时，电子自旋无法对齐，因为两个相邻电子的自旋相反，这就产生了我们所说的磁阻挫败。而这种基态会产生激发，即使在非常低的温度下，也能维持自旋的无序，从而维持液态。”

比奇说Ce2Zr2O7是一种铈基材料，具有磁性。科学家以前已经制造出这种化合物，新的研究是让它以一种独特的纯形式存在。他们使用一个在光学炉中熔化的样品，做出一个近乎完美的三角形原子排列，然后检查量子态。结果表明，正是这种近乎完美的三角形，使得他们在Ce2Zr2O7中产生了磁电阻阻挫。

比奇说：“我们的测量结果显示，粒子功能重叠，因此没有明显的经典磁序迹象。”此外，我们还观察到自旋方向的起伏分布，这是自旋液体和磁电阻的特征，这表明我们创造的材料在低温下表现得像真正的自旋液体。"

在通过计算机模拟证实了这些观察结果后，研究小组得出结论，他们确实观察到了一种前所未有的量子态——量子自旋液体的基态。