俄罗斯科学家研制出大约半个世纪前预测的材料

自旋,即电子的固有磁矩,是基本粒子的普遍属性。在许多材料中,室温下粒子的自旋是无序和波动的,只有随着温度的降低才会冻结和有序。


自旋液体是一种极其罕见的物质状态,其中电子的自旋保持无序状态,即使在接近绝对零度时也能继续波动。这种物质状态存在的可能性在量子力学诞生之初就被考虑过,但科学家们直到最近才开始寻找这种物质。


到目前为止,自旋液体的主要候选者被认为是herbertsmithite (ZnCu3(OH)(6)Cl-2),其中铜离子作为磁矩的载体,形成理想的二维 kagome 晶格(kagome 是一种带有六边形图案的日本柳条器皿的图案) 。由于俄罗斯科学家的发现,可能具有自旋液体特性的材料请单中又新添了一种物质。


莫斯科罗蒙诺索夫国立大学和国立研究型技术大学MISIS的研究人员合成了具有方形kagome 型晶格的氯-磷氧铜铋钠晶体,当冷却到 -271°C 时,不会形成磁序。因此,研究人员推测,在他们研制的材料中,自旋子系统在低温下的表现就像一种纠缠的自旋液体。 该研究的作者之一,NUST MISIS功能量子材料实验室负责人亚历山大·瓦西里耶夫说,合成的物质由钠、铜、铋、磷、氧和氯原子组成。


他对俄新社表示:“在候选自旋液体的晶体结构中,可以分为两个主要片段模块。第一个是由四个四面体簇形成的层。每个四面体的中心是氧原子。铜原子位于四面体的三个顶点,在第四个顶点有一个铋原子。这样的层带有正电荷,并准备与第二个带负电荷的片段分享。”


第二层,科学家说由多面体组成,其中心是钠、磷和铜原子,顶点是氧和/或氯原子。


亚历山大·瓦西里耶夫解释说:"所描述的各层之间的关系通常被解释为 "客人-主人 "模式。有趣的是,这种新的化合物是用过量的普通食盐获得的! 盐促进了矩阵的形成——“主人”热情地接受了组合物“客人”片段,形成具有独特物理特性的材料。“


他补充说,在未来,这种材料可能会在基于单粒子波函数纠缠的量子技术中得到应用。

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