量子自旋液體首次在準二維材料內“現形”
- 發佈時間：2016-04-06 03:31:35 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京4月5日電 （記者劉霞）據英國康橋大學官方網站消息，英美兩國科學家首次在準二維材料α-氯化釕（α-RuCl3）內，觀察到一種新量子物態——量子自旋液體的“蛛絲馬跡”。研究人員表示，最新研究或有助於量子電腦的研製。
量子自旋液體是一種神秘的量子物質形態，由物理學家菲爾·安德森于1973年提出。科學家們認為，它隱藏在某些磁性物質內，但一直未能在自然界中觀測到。上海交通大學物理與天文係錢冬教授解釋稱，在二維量子自旋液體中，電子可以等效地“分裂”為其他準粒子，其中一種被稱為馬約拉納費米子的準粒子或能促進量子電腦的研製。
在最新研究中，美國橡樹嶺國家實驗室的阿勒比·班納吉和斯蒂芬·納格勒領導的團隊使用中子散射技術，在擁有與石墨類似結構的α-氯化釕內，尋找到了量子自旋液體可能存在的實驗證據。他們用中子照射α-氯化釕粉末，對從樣品中沿不同角度穿透出來的中子進行能量分析，獲得了特定的波紋狀圖案。
物理學家對普通磁性材料的中子散射圖案瞭如指掌，但包含馬約拉納費米子的散射圖案是未解之謎。該研究團隊成員之一、康橋大學卡文迪許實驗室的約翰尼斯·諾爾和同事在2014年提出的理論結果和最新實驗觀察吻合，由此提供了該準二維材料內量子自旋液體存在的重要證據。
另據錢冬介紹，2012年，麻省理工學院的李揚（音譯）曾在郝伯特史密斯晶體（herbertsmithite）中，採用中子散射技術發現了量子自旋液體存在的一些證據，但最終沒有確定，而最新研究首次在包含重元素的準二維材料中發現量子自旋液體存在的證據。由於量子自旋液體的複雜性，最終100%確定可能還需要進一步的理論和實驗研究。卡文迪許實驗室的德米特裏·科夫瑞辛説：“這種新的量子狀態是我們理解量子材料的重要一步，為我們提供了新的可能性。”
研究結果發表在《自然·材料》雜誌上。
總編輯圈點
一片草皮，乍看只是一根根草的疊加，仔細翻檢，就能發現裏面藏著許多生物；一塊α-氯化釕，似乎只是兩種原子的簡單排列，用中子流去照射它就出現了奇怪的特徵，科學家進而確認了全新的物質形式。研究就是用極端的手段去拷問自然，讓它吐露驚人的消息。
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