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量子自旋液体是一种物质状态其中相互作用的量子自旋即使在最低温度下也不对齐7

2021-07-23 来源:荆州机械信息网

量子自旋液体是一种物质状态,其中相互作用的量子自旋即使在最低温度下也不对齐

当温度降至零摄氏度以下时,水变成冰。但是,如果您将其降温到足够的程度,一切都会冻结吗?在经典图中,物质在低温下固有地变成固体。但是,量子力学可以打破这一规则中国化工网okmart.com。因此,例如,氦气可以在-270度下变成液体,但在大气压下却不会变成固体:没有氦冰。

对于材料的磁性能也是如此:在足够低的温度下,例如被称为“自旋”的磁矩以使它们彼此相邻或相对平行的方式进行排列。可以认为这是箭头,它们沿着链条或棋盘格图案上下交替变化。当图案基于三角形时,它会变得令人沮丧:尽管两个旋转可以沿相反的方向对齐,但是第三个旋转始终平行于其中一个旋转,而不是与另一个旋转-不管如何旋转。

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对于这个问题,量子力学提出了这样一种解决方案,即两个自旋的取向和键合不是刚性的,而是自旋波动。形成的状态称为量子自旋液体,其中自旋构成量子机械纠缠的整体。美国诺贝尔奖获得者菲尔·W·安德森(Phil W.Anderson,1923-2020年)提出了这个想法。

经过数十年的研究,在寻找这种奇特的物质状态时,只剩下少量的真实材料。作为一种特别有前途的“候选物”,考虑了一种复杂有机化合物中的三角晶格,即使在极低的温度下也无法观察到具有规则的上下模式的磁序。这是量子自旋液体确实存在的证据吗?

一个问题是,测量到如此低的温度的电子自旋极具挑战性,尤其是沿不同的晶体方向和在可变磁场中。以前的所有实验都只能或多或少地间接探测量子自旋液体,并且它们的解释是基于某些假设和模型的。因此,斯图加特大学物理研究所1多年来开发了一种宽带电子自旋共振光谱学的新方法。

使用片上微波线,可以直接观察到自旋的特性,下降到比绝对零值高百分之几百的程度。在这样做时,研究人员发现,磁矩不会以典型磁体的上下模式排列,也不会形成类似于液体的动态状态。“实际上,我们在空间上分开的对中观察到了自旋。因此,目前,至少对于这种化合物,我们的实验已经打破了量子自旋液体的梦想,”物理学研究所所长Martin Dressel教授总结道。

但是,即使这对子弹并没有像希望的那样波动,这种奇异的物质状态对物理学家却丝毫没有失去吸引力。Dressel概述了下一步,“我们想研究在其他三角晶格化合物中甚至在完全不同的系统(例如蜂窝结构)中是否可以检测到量子自旋液体”,Dressel概述了下一步。但是,也可能是自然界中根本不存在这种无序的动态状态。如果温度足够低,也许每种相互作用都会以一种或另一种方式导致规则的布置。旋转就像配对。

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