未解之谜网

当前位置: 未解之谜网 > 技术创新 > 量子力学更怪了: 物理学家观察到量子物质的一个新形态

量子力学更怪了: 物理学家观察到量子物质的一个新形态

科学帽已经准备好: Genevieve Martin， Oak Ridge National Laboratory

物理学家刚刚观察到一个实质材料的一个神秘物质形态，这个形态在40年前第一次被预测。如果你认为量子力学不能够再更怪异了，请再想想看。

一个国际小组第一次观察到量子自旋液体(quantum spin liquid)，一种电子分裂的形态，并且以一种难以理解的方式表现。电子在典型的磁性材料上排列得很好，当这个材料被降温到绝对零度时。但在量子自旋液体，电子就不是井然有序的。

剑桥卡文迪什实验室(Cavendish Laboratory)暨论文共同作者之一的Johannes Knolle博士，在一份声明中说："这是物质的一个新的量子形态，过去曾被预测但没有看见。" 就其本身而言，它应该被注意到它不是真的"液体"。确实如此，这个名称指出了电子并没有如同它们应该要排列地排列在一起。

电子被认为是基本的不可分割粒子，但它们也能够借由两个被束缚在一起的准粒子(quasiparticle)，以数学方式描述;一个代表自旋，另一个代表电荷。准粒子是电子扮演独立粒子必要的基本特性，虽然他们不能自由地在空间移动。

在量子自旋液体中，自旋准粒子和电荷准粒子能够互相地独立移动，然后电子分裂。自由的自旋准粒子也是一个马约拉纳费米子(Majorana fermion)，一种好奇的兴奋就是它是自己的反粒子。第一个马约拉纳费米子才在去年10月被发现。

论文共同作者的Dmitry Kovrizhin博士说："我们甚至不知道量子自旋液体的实验特征(experimental fingerprints)看起来像什么，直到最近。一件我们在之前研究做过的事，是问如果我能在一个可能是量子自旋液体做实验，我会看到什么。"

这个新形态是在钌氯化物(RuCl3)的结晶体上观察到。橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究小组射击在结晶体上的中子，并且观察它的磁特性。成果发表于自然材料杂志(Nature Materials)

Knolle说："这是已知的物质量子形态简表的一个新增加物。"

Kovrizhin补充："在我们对量子物质的了解，这是很重要的一步。有另一个我们以前从未看过的新的量子形态是很有趣的，它呈现给我们尝试新事物的新的可能性。"

量子自旋液体的了解，可能对室温超导体和量子电脑很重要，量子自旋液体可能甚至被当作量子电脑的记忆储存。