俄羅斯莫斯科國立大學和國立研究型技術大學最近合成了一種特殊的新型磁性物質——自旋液體材料，即使在接近絕對零度時，其單原子的自旋也不會凍結。這種材料可以在基於單粒子波函式糾纏的量子技術中得到應用。相關研究結果近日發表在《無機化學》雜誌上。
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序和波動的，隨著溫度降低會變得有序甚至凍結。而自旋液體是一種罕見的物質狀態，具有特殊結構，其中電子的自旋保持無序狀態，即使在接近絕對零度時也能繼續波動。
自旋液體的概念1988年就已出現，和高溫超導的機制密切相關，但科學家直到最近才開始尋找這種物質。迄今為止，自旋液體的主要候選材料被認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。而俄羅斯科學家的發現，在自旋液體材料清單中又新添了一種物質。
研究人員合成了具有方形kagome型晶格的氯—磷氧銅鉍鈉晶體，當冷卻到-271℃時不會形成磁序。因此，研究人員推測，在這種材料中，自旋子系統在低溫下的表現就像一種糾纏的自旋液體。
該研究論文作者之一、莫斯科國立研究型技術大學功能量子材料實驗室負責人亞歷山大·瓦西里耶夫說，合成的物質由鈉、銅、鉍、磷、氧和氯原子組成，在其晶體結構中可以分為兩個主要片段模組：第一個是由4個4面體簇形成的層，每個4面體的中心是氧原子。銅原子位於4面體的3個頂點，在第4個頂點有一個鉍原子。這樣的層帶有正電荷，並準備與第二個帶負電荷的片段分享。第二層由多面體組成，其中心是鈉、磷和銅原子，頂點是氧和/或氯原子。
他解釋說，所描述的各層之間的關係通常被解釋為“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，形成具有獨特物理特性的材料，未來這種材料可能會在基於單粒子波函式糾纏的量子技術中得到應用。
文/科技日報駐俄羅斯記者 董映璧
編輯/範輝
