自旋,即電子的固有磁矩,是基本粒子的普遍屬性。在許多材料中,室溫下粒子的自旋是無序和波動的,只有隨著溫度的降低才會凍結和有序。
自旋液體是一種極其罕見的物質狀態,其中電子的自旋保持無序狀態,即使在接近絕對零度時也能繼續波動。這種物質狀態存在的可能性在量子力學誕生之初就被考慮過,但科學家們直到最近才開始尋找這種物質。
到目前為止,自旋液體的主要候選者被認為是herbertsmithite (ZnCu3(OH)(6)Cl-2),其中銅離子作為磁矩的載體,形成理想的二維 kagome 晶格(kagome 是一種帶有六邊形圖案的日本柳條器皿的圖案) 。由於俄羅斯科學家的發現,可能具有自旋液體特性的材料請單中又新添了一種物質。
莫斯科羅蒙諾索夫國立大學和國立研究型技術大學MISIS的研究人員合成了具有方形kagome 型晶格的氯-磷氧銅鉍鈉晶體,當冷卻到 -271°C 時,不會形成磁序。因此,研究人員推測,在他們研制的材料中,自旋子系統在低溫下的表現就像一種糾纏的自旋液體。
該研究的作者之一,NUST MISIS功能量子材料實驗室負責人亞歷山大·瓦西里耶夫說,合成的物質由鈉、銅、鉍、磷、氧和氯原子組成。
他對俄新社表示:“在候選自旋液體的晶體結構中,可以分為兩個主要片段模塊。第一個是由四個四面體簇形成的層。每個四面體的中心是氧原子。銅原子位於四面體的三個頂點,在第四個頂點有一個鉍原子。這樣的層帶有正電荷,並準備與第二個帶負電荷的片段分享。”
第二層,科學家說由多面體組成,其中心是鈉、磷和銅原子,頂點是氧和/或氯原子。
亞歷山大·瓦西里耶夫解釋說:"所描述的各層之間的關係通常被解釋為 "客人-主人 "模式。有趣的是,這種新的化合物是用過量的普通食鹽獲得的! 鹽促進了矩陣的形成——“主人”熱情地接受了組合物“客人”片段,形成具有獨特物理特性的材料。“
他補充說,在未來,這種材料可能會在基於單粒子波函數糾纏的量子技術中得到應用。