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剑桥大学的物理学家和他们的同事周一在“自然材料”杂志上报道说,在它首次被预测存在四十年后,在实际材料中发现了一种称为量子自旋液体的新物质状态的证据

研究人员在一份声明中解释说,量子自旋液体长期以来一直被认为会导致电子 - 自然的无形构件 - 变得支离破碎

现在,已经在涉及二维石墨烯类材料的一系列实验中检测到由该过程产生的神秘粒子的第一个特征(也称为马约拉纳费米子)

这些实验的结果与量子自旋液体的一个主要理论模型(一种称为Kitaev模型的模型)非常接近

虽然研究人员预测这种物质状态存在于某些磁性材料中,但它在自然界中并未被最终发现,这一发现可能极大地有利于量子计算机的发展

“这是物质的一种新的量子态,已被预测但以前从未见过,”共同作者,大学卡文迪什实验室的凝聚态物质理论小组的Johannes Knolle博士在一份声明中解释道

“这是已知物质量子状态列表的新增内容

”现在,Knolle博士及其同事观察到了分数化(或电子分裂)的现象,因此有可能产生Majorana费米子该过程可以用作量子计算技术的基础,该技术将更快并且能够完成超出传统系统范围的计算

研究作者解释说,在大多数磁性材料中,电子的行为方式类似于普通的条形磁铁

当材料被冷却到足够低的温度时,磁体中的电子自身排序,使得所有相似的磁极指向相同的方向

然而,在含有旋转液态的那些中,磁体不对齐

相反,它们会因量子波动而纠缠在一起

“直到最近,”卡内迪什实验室的共同作者Dmitry Kovrizhin博士说,“我们甚至不知道量子旋转液的实验指纹会是什么样子

我们在之前的工作中做过的一件事就是问,如果我在可能的量子旋转液体上进行实验,我会观察到什么

“剑桥研究人员和田纳西州橡树岭国家实验室的同事使用了中子散射寻找氯化钌(RuCl3)晶体中电子分裂迹象的技术

他们用中子照射RuC13晶体以测试它们的磁性,并发现与理论Kitaev模型匹配的特征

他们的研究提供了二维材料中量子自旋液体和电子分裂的第一个直接证据--Kovrizhin博士称之为“我们理解量子物质的一个重要步骤

”他补充说,它是“有趣的”另一个我们以前从未见过的新量子态 - 它为我们提供了尝试新事物的新可能性

“ - 图片来源:Genevieve Martin,橡树岭国家实验室