科学家发现了新的量子自旋液体

由利物浦大学和麦克马斯特大学领导的国际研究小组在寻找新的物质状态方面取得了重大突破。

研究人员在“自然物理学”杂志上发表的一项研究表明，钙钛矿相关的金属氧化物TbInO3具有量子自旋液态，是一种长期追求和不寻常的物质状态。

利用尖端实验技术，包括非弹性中子散射和μ子光谱，研究人员发现TbInO3中的奇异量子态来自材料中磁性离子周围局部环境的复杂性，在这种情况下，稀土元素铽。

这一发现令团队感到意外，因为TbInO3是一种不希望根据其晶体结构显示出这种异常磁性行为的材料。

四十年前，诺贝尔奖获得者菲利普安德森(Philip Anderson)在理论上提出了量子自旋液态。在量子自旋液体中，磁矩表现得像液体，即使在绝对零度下也不会冻结或排序，从而产生一些非凡的材料特性。

量子自旋液体的物化仍然受到广泛质疑。因此，发现和探索可能存在这种物质状态的新材料是先进材料研究的活跃领域，并且在量子计算的发展中具有潜在的应用。

来自大学材料创新工厂的负责量子材料研究项目的Lucy Clark博士说：“我们花了几年的努力和实验来达到我们对TbInO3的理解。”

“当研究像量子自旋液体这样复杂的物质量子态时，进行一次实验往往会提出比它能回答的更多的问题。然而，在TbInO3的情况下，物理学特别丰富，因此我们特别坚持要坚持下去我们的研究表明，TbInO3是一种引人入胜的磁性材料，最有可能为我们提供更多有趣的特性。“

“如果没有我们的同事在橡树岭国家实验室的世界领先的中心设施和卢瑟福阿普尔顿实验室的ISIS设施的合作，这项工作就不可能完成。我们的实验大部分都在那里进行。这些设施产生粒子 - 特别是中子和μ子 - 我们可以用来探测材料的原子结构和性质，以揭示新相的性质，例如量子旋转液体。

麦克马斯特大学布鲁克豪斯材料研究所所长布鲁斯·高林教授说：“这种材料看起来很简单，铽纺可以装饰一个二维的三角形结构。但是，我们可以使用现代化的实验技术，基于两种不同的铽环境，这种结构的低温磁性表现出一种完全奇特的量子无序物质状态 - 一种意想不到的令人兴奋的结果。“

Lucy Clark博士补充说：“项目成功的关键是强大而持久的国际合作，包括由罗格斯大学量子材料合成中心主任Sang-Wook Cheong教授领导的团队。”

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