據物理學家組織網近日報道,美國麻省理工大學通過實驗驗證了第三種基本磁性狀態??量子自旋液(QSL),這也與早期的理論預測相符。相關論文發表在最近出版的《自然》雜志上。
自然界有兩種基本的磁性狀態,磁性和反磁性。磁性如條形磁鐵或指南針中表現的那樣,反磁性是指金屬或合金內部離子的磁場彼此抵消,合磁矩為零,但受到外加磁場作用時,由于電子軌道運動的變化,會與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩,從而對磁場產生微弱斥力。所有天然物質具有不同程度的反磁性。
第三種基本磁性狀態是量子自旋液。物質本身是固態晶體,而其磁性卻表現出液態行為:單個粒子的磁性方向處于不斷波動狀態,就像液體分子那樣不斷運動。論文高級作者、麻省理工大學物理學教授李楊(音譯)說:“我們證明了第三種基本磁性狀態的存在?!?/P>
李楊解釋說,物質內部的磁性方向并不固定,這叫做磁運動。但它們之間有很強的相互作用,由于量子效應它們不會固定在一個地方。諾貝爾物理學獎得主菲利浦?安德森在1987年首次提出了這一概念,稱這種狀態可能與高溫超導有關。“自那時起,物理學家們就一直想制造出這種狀態,只是到了最近幾年,我們才有所進展?!?/P>
研究小組造出的這種物質是一種礦物質結晶,叫做赫伯特斜硫砷銀。李楊和同事去年首次造出了一塊該物質的純晶體,長7毫米,重0.2克,生長過程耗時10個月。
此外,他們還獲得了一項重大發現:破碎化的激發態。李楊說,雖然一些理論物理學家對此也曾作過預言,但一直以來備受爭議。大部分物質的量子態是離散的,其變化通過整體反應出來;而這種QSL物質顯出了破碎的量子態。他們發現,事實上這種激發態,稱為自旋子,它們形成了統一體。這種現象還是首次觀察到。
他們用國家標準技術研究院的中子譜儀,通過中子散射技術測量了這種狀態,發現了“這種破碎化的最有力證據?!崩顥钫f,“這是對自旋液的一項基本理論預測,我們首次清晰而詳細地看到了這一現象?!?/P>
李楊還指出,要將這一“非?;A的研究”轉化為實際應用可能還要很長時間,但該研究有望帶來數據存儲或通訊方面的進步,或許還能用來解釋“遠距離量子糾纏”現象,即兩個相隔遙遠的粒子能瞬間影響對方的狀態。該發現還將影響高溫超導研究,最終可能推動該領域發展。
欄目導航
內容推薦
更多>2020-03-20
2019-06-05
2019-03-05
2018-10-10