普通鹽可合成新型自旋液體材料 絕對(duì)零度時(shí)其單原子自旋也不會(huì)凍結(jié)

俄羅斯莫斯科國(guó)立大學(xué)和國(guó)立研究型技術(shù)大學(xué)最近合成了一種特殊的新型磁性物質(zhì)——自旋液體材料，即使在接近絕對(duì)零度時(shí)，其單原子的自旋也不會(huì)凍結(jié)。這種材料可以在基于單粒子波函數(shù)糾纏的量子技術(shù)中得到應(yīng)用。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在《無(wú)機(jī)化學(xué)》雜志上。

自旋是基本粒子的普遍屬性。在室溫下，許多材料中粒子的自旋是無(wú)序和波動(dòng)的，隨著溫度降低會(huì)變得有序甚至凍結(jié)。而自旋液體是一種罕見的物質(zhì)狀態(tài)，具有特殊結(jié)構(gòu)，其中電子的自旋保持無(wú)序狀態(tài)，即使在接近絕對(duì)零度時(shí)也能繼續(xù)波動(dòng)。

自旋液體的概念1988年就已出現(xiàn)，和高溫超導(dǎo)的機(jī)制密切相關(guān)，但科學(xué)家直到最近才開始尋找這種物質(zhì)。迄今為止，自旋液體的主要候選材料被認(rèn)為是一種氯羥鋅銅石，其中銅離子作為磁矩的載體，形成理想的二維kagome晶格。而俄羅斯科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，在自旋液體材料清單中又新添了一種物質(zhì)。

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(dāng)冷卻到-271℃時(shí)不會(huì)形成磁序。因此，研究人員推測(cè)，在這種材料中，自旋子系統(tǒng)在低溫下的表現(xiàn)就像一種糾纏的自旋液體。

該研究論文作者之一、莫斯科國(guó)立研究型技術(shù)大學(xué)功能量子材料實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人亞歷山大·瓦西里耶夫說，合成的物質(zhì)由鈉、銅、鉍、磷、氧和氯原子組成，在其晶體結(jié)構(gòu)中可以分為兩個(gè)主要片段模塊：第一個(gè)是由4個(gè)4面體簇形成的層，每個(gè)4面體的中心是氧原子。銅原子位于4面體的3個(gè)頂點(diǎn)，在第4個(gè)頂點(diǎn)有一個(gè)鉍原子。這樣的層帶有正電荷，并準(zhǔn)備與第二個(gè)帶負(fù)電荷的片段分享。第二層由多面體組成，其中心是鈉、磷和銅原子，頂點(diǎn)是氧和/或氯原子。

他解釋說，所描述的各層之間的關(guān)系通常被解釋為“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(jìn)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(dú)特物理特性的材料，未來這種材料可能會(huì)在基于單粒子波函數(shù)糾纏的量子技術(shù)中得到應(yīng)用。(董映璧)

關(guān)鍵詞： 新型自旋液體 材料 絕對(duì)零度 單原子自旋