量子層面復(fù)雜“無序”磁性材料問世

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11月16日，據(jù)15日《自然·通訊》雜志報道，英國伯明翰大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種新方法，能夠創(chuàng)造出在量子層面具有復(fù)雜“無序”磁性的材料。這種基于釕框架的材料，滿足了“Kitaev量子自旋液體態(tài)”的要求，向制造和控制具有獨特新性質(zhì)的量子材料邁出了重要一步。

理論物理學(xué)家阿列克謝·基塔耶夫在2009年提出一個Kitaev模型，指出了關(guān)于量子自旋液體的一些基本原理。

人們在冰箱或公告板上常見的條形磁鐵就是鐵磁體，其中的電子相互作用，每個電子都像一個小磁鐵一樣相互吸引和排斥，使它們?nèi)恐赶蛲环较?，從而產(chǎn)生磁力。而量子自旋液體材料的磁性并非如此。它們并不像鐵磁體那樣具有有序的特性，而是無序的，其中的電子量子糾纏過程在磁性上相互連接。

在這項新研究中，利用英國散裂中子源與繆子源實驗室和英國鉆石光源的專用儀器，研究團(tuán)隊能夠證明，具有開放框架結(jié)構(gòu)的新型釕基材料，可以調(diào)節(jié)釕金屬離子之間的相互作用。在這些結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的磁性相互作用比在其他情況下要弱，這為科學(xué)家提供了更大的空間來調(diào)節(jié)它們的精確行為。

至關(guān)重要的是，這種材料具備的特性并不遵循經(jīng)典物理學(xué)定律，這意味著科學(xué)家能創(chuàng)造出與常規(guī)鐵磁體截然不同的磁性。

團(tuán)隊表示，這項研究在理解如何設(shè)計新材料、探索物質(zhì)量子態(tài)方面邁出了重要一步，向人們展示了一個尚未被充分探索的“材料大家族”，幫助科學(xué)家設(shè)計具有獨特磁性的量子新材料。