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量子自旋液体首次在准二维材料内“现形”

发布时间:2019-10-12 19:16:37

据英国剑桥大学官方网站消息,英美两国科学家首次在准二维材料α-氯化钌(α-RuCl3)内,观察到一种新量子物态——量子自旋液体的“蛛丝马迹”。研究人员表示,最新研究或有助于量子计算机的研制。

量子自旋液体是一种神秘的量子物质形态,由物理学家菲尔·安德森于1973年提出。科学家们认为,它隐藏在某些磁性物质内,但一直未能在自然界中观测到。上海交通大学物理与天文系钱冬教授解释称,在二维量子自旋液体中,电子可以等效地“分裂”为其他准粒子,其中一种被称为马约拉纳费米子的准粒子或能促进量子计算机的研制。

在最新研究中,美国橡树岭国家实验室的阿勒比·班纳吉和斯蒂芬·纳格勒领导的团队使用中子散射技术,在拥有与石墨类似结构的α-氯化钌内,寻找到了量子自旋液体可能存在的实验证据。他们用中子照射α-氯化钌粉末,对从样品中沿不同角度穿透出来的中子进行能量分析,获得了特定的波纹状图案。

物理学家对普通磁性材料的中子散射图案了如指掌,但包含马约拉纳费米子的散射图案是未解之谜。该研究团队成员之一、剑桥大学卡文迪许实验室的约翰尼斯·诺尔和同事在2014年提出的理论结果和最新实验观察吻合,由此提供了该准二维材料内量子自旋液体存在的重要证据。

另据钱冬介绍,2012年,麻省理工学院的李扬(音译)曾在郝伯特史密斯晶体(herbertsmithite)中,采用中子散射技术发现了量子自旋液体存在的一些证据,但最终没有确定,而最新研究首次在包含重元素的准二维材料中发现量子自旋液体存在的证据。由于量子自旋液体的复杂性,最终100%确定可能还需要进一步的理论和实验研究。卡文迪许实验室的德米特里·科夫瑞辛说:“这种新的量子状态是我们理解量子材料的重要一步,为我们提供了新的可能性。”

研究结果发表在《自然·材料》杂志上。

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