首次观察到不寻常的物质量子态

在致力于描述原子和亚原子粒子行为以阐明其性质的科学领域——量子物理领域，不是每天都会有人遇到新的物质状态。然而这正是包括蒙特利尔大学（UdeM）物理学教授 Andrea Bianchi 和他的学生 Avner Fitterman 和 Jeremi Dudemaine 在内的国际研究团队所做的事情。在最近发表在科学期刊《物理评论 X》上的一篇论文中，研究人员记录了在 Bianchi 实验室中制造出的磁性材料 Ce2Zr2O7的“量子自旋液态基态”，Ce2Zr2O7 是一种由铈、锆和氧组成的化合物。在量子物理学中，自旋是一种电子的内部特性，与旋转相关。正是自旋使磁铁中的材料具有了磁性。Ce2Zr2O7 是一种具有磁性的铈基材料。Bianchi 表示，“这种化合物的存在是已知的。”“我们的突破在于以独特的纯净形式创造它。我们使用在光学炉中熔化的样品产生近乎完美的三角形原子排列，然后检查量子态。”正是这个近乎完美的三角形使 Bianchi 和他的团队能在Ce2Zr2O7中制造出磁阻挫（magnetic frustration）。他们与麦克马斯特和科罗拉多州立大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室以及德国德累斯顿的普朗克（Max Planck）复杂系统物理研究所的研究人员合作，测量了该化合物的磁扩散（magnetic diffusion）。Bianchi 表示：“我们的测量显示了重叠的粒子功能——因此没有布拉格峰（Bragg peaks）——这是不存在经典磁序的明显迹象。” “我们还观察到方向连续波动的自旋分布，这是自旋液体和磁阻挫的特征。这表明我们创造的材料在低温下表现得像真正的自旋液体。”在用计算机模拟证实了这些观察结果后，该团队得出结论，他们确实见证了一种前所未有的量子态。