發現潛伏在磁鐵中的新的“半冰半火”物質相

異國情調物質狀態被發現潛伏在先前的外來狀態中，該狀態在過去十年中在磁性化合物中發現。

2016 年，美國布魯克海文國家實驗室的物理學家 Weiguo Yin、Christopher Roth 和 Alexei Tsvelik 確定了他們所說的”半火半冰“ Sr 中自旋態的相₃銅IrO₆，是鍶、銅、銥和氧的混合物。

現在，他們發現了相反的情況：半冰半開相，其中兩種不同結構中的電子交換行為。

這一發現的關鍵是一個被稱為挫折的概念，它描述了相鄰粒子之間的相互作用。改變拼圖的一塊，行為的變化可能會像相移一樣在整個過程中產生漣漪。

在該團隊的半火半冰材料中，銅原子晶格上的電子自旋像地獄中閃爍的火焰一樣無序。那些銥位點被凍結在原地，使它們具有更強的磁力。

根據相移的數學標準，讓這個陣型移動似乎是不可能的。然而，一個關鍵的發現使該團隊發現了溫度的明確變化，使整個州發生了翻天覆地的變化。

這種可逆性是 Yin 和 Tsevik 一直在尋找的突破口——解鎖 Sr 的關鍵₃銅IrO₆量子信息科學和微電子學的潛力。

“尋找具有奇特物理特性的新態——并能夠理解和控制這些態之間的轉變——是凝聚態物理學和材料科學領域的核心問題。”尹 說.

“解決這些問題可能會導致技術的巨大進步，例如量子計算和自旋電子學。

磁性材料可以有幾種不同的形式。在傳統的鐵磁材料（例如鐵）中，其中粒子的自旋都沿同一方向排列。鐵磁體是具有兩種自旋態的磁體，例如 Sr₃銅IrO₆.

正如該團隊在 2024 年關于他們 2016 年發現的論文中所闡述的那樣，這種奇怪的、半火半冰的相可以由外部磁場感應，而且非常引人注目。銅旋落入無序的雜亂無章中，而銥星旋轉則像士兵一樣全神貫注。

這很有趣，但本身并沒有太大的用處。例如，量子比特（量子計算的基本單位）可以是基于電子自旋，但這些自旋需要能夠顯示二進制系統.而可調諧量子比特（其自旋可以縱的量子比特）甚至更有用。

“盡管我們進行了廣泛的研究，但我們仍然不知道如何利用這種狀態，特別是因為一個世紀以來人們已經知道一維 Ising 模型，一種已建立的鐵磁性數學模型，可產生半火半冰態，并不具有有限溫度相變，”茨維利克解釋說.

“我們缺少拼圖的碎片。”

這些部分已經匯集到團隊的新工作中。他們發現，在一個非常狹窄、有限的溫度范圍內，隱藏著一對半火半冰的雙胞胎;也就是說，半冰半火，其中銅變得有序，銥陷入混亂。

這不僅為未來研究隱藏階段及其轉變開辟了途徑;這也意味著可以嚴格控制相變，從而開辟了整個潛在量子應用領域。

然而，重要的是要注意，這只是旅程中的一個步驟。

“接下來，我們將探索具有量子自旋和附加晶格、電荷和軌道自由度的系統中的火冰現象，”尹 說.“通往新可能性的大門現在已經敞開。”

該研究已發表在物理評論信.

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