国际研究团队 - 包括 亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心 (HZDR)-发现了可以用这种方式描述的量子态。 科学家们设法将一种特殊材料冷却到接近绝对零的温度。 他们发现原子的一个核心特性——它们的排列——并没有像往常一样“冻结”，而是保持在“液体”状态。
内 量子材料，电子之间以及晶格原子之间的相互作用异常强烈。 这种密切的联系产生了影响微观和宏观水平的强大量子效应。 这些现象赋予了量子材料非凡的品质。 例如，在低温下，它们可以无损地传输电力。 通常，即使温度、压力或电压的微小变化也足以显着改变材料的行为。
HZDR 德累斯顿高场磁实验室 (HLD) 的 Jochen Wosnitza 教授表示： “原则上，磁体也可以被视为量子材料； 毕竟，磁性是基于材料中电子的固有自旋。 在某些方面，这些自旋可以表现得像液体。”
“随着温度下降，这些无序的自旋会冻结，就像水冻结成冰一样。”
“例如，某些类型 磁铁，即所谓的铁磁体，在其“冰点”或更准确地说，订购点之上是非磁性的。 只有当它们低于它时，它们才能成为永磁体。”
在这项研究中，科学家们试图发现一种量子态，其中与自旋相关的原子排列即使在超冷的温度下也不会有序——类似于即使在极冷的情况下也不会凝固的液体。
为了达到这种状态，研究小组采用了一种独特的物质，即镨、锆和氧的混合物。 他们认为，这种材料中晶格的特性将使电子自旋与原子周围的轨道发生独特的相互作用。
东京大学 Satoru Nakatsuji 教授表示， “然而，先决条件是拥有极高纯度和品质的晶体。 经过多次尝试，该团队最终能够生产出足够纯净的晶体来进行实验：在低温恒温器（一种超级保温瓶）中，专家们逐渐将样品冷却至 20 毫开尔文——仅五十分之一度高于绝对零。 看看样品对这个冷却过程以及内部的反应如何 磁场，他们测量了它的长度变化了多少。 在另一项实验中，研究小组记录了晶体对直接穿过它的超声波的反应。”
HLD 的超声检查专家 Sergei Zherlitsyn 博士描述道： “如果自旋是有序的，它应该会导致晶体行为的突然变化，例如长度的突然变化。 然而，正如我们所观察到的，什么也没有发生！ 长度或其响应没有突然变化 超声波设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“
“自旋和轨道之间明显的相互作用阻碍了有序化，这就是原子保持液态量子态的原因——这是第一次观察到这种量子态。 对磁场的进一步研究证实了这一假设。”
约亨·沃斯尼察 推测, “这一基础研究成果有一天也可能产生实际影响：在某个时候，我们也许能够使用新的量子态来开发易受影响的量子传感器。 然而，要做到这一点，我们仍然必须弄清楚如何系统地在这种状态下产生激励。 量子传感被认为是未来一项有前途的技术。 由于量子特性使它们对外部刺激极其敏感，因此量子传感器可以比传统传感器更精确地记录磁场或温度。”
杂志参考：
- Tang, N.、Gritsenko, Y.、Kimura, K. 等人。 烧绿石晶格上的自旋轨道液态和液气变磁转变。 纳特。 物理层s。 （2022）。 数字编号： 10.1038/s41567-022-01816-4
