困擾科學家數十年的量子之謎終於解開

自旋量子流體多年來一直讓物理學家著迷，因為它們最終可以支持變革性技術，包括量子計算和零耗散能量傳輸。與以有序圖案排列的普通磁鐵不同，這些材料避免了傳統的磁性排列。相反，它們的磁矩保持強烈的量子糾纏，並在接近絕對零的溫度下保持恆定的集體運動，從而產生類似於湧現量子電動力學的行為。

“通過直接檢測這種激發，我們已經回答了一個重大的懸而未決的問題，”薩姆和海倫沃登大學物理和天文學教授戴說。 “這證實了 Ce2Zr2O₇ “它的行為就像真正的自旋量子冰，一種特殊的三維自旋量子流體。”

通過偏振中子散射進行更清潔的測量

為了識別這些難以捉摸的指紋，研究人員依靠先進的偏振中子散射。這種方法幫助他們隔離他們感興趣的磁散射，同時濾除其他信號，即使系統接近零溫度極限。

他們的測量還揭示了源自接近零能量的光子信號，這是將自旋量子冰與傳統磁體中常見的相分開的獨特特徵。其他證據來自特定的溫度測量，這支持了這樣的觀點：這些預測的新興光子遵循與聲音在固體中移動的方式類似的色散。

之前確認此類行為的嘗試常常因技術噪音和不完整的數據而遭到破壞。萊斯領導的團隊通過改進樣品製備和使用高分辨率儀器來應對這些挑戰，並得到歐洲和北美主要實驗室的國際努力的支持。

具有重大意義的首次此類觀察

在這種 3D 候選材料中，研究人員觀察到了湧現光子和自旋子——自旋量子冰的關鍵特徵。這一結果解決了凝聚態物理領域長期存在的爭議，並為科學家提供了研究下一代量子現象和潛在技術路徑的強大平台。

萊斯大學物理與天文學系研究科學家、該研究的第一作者趙斌表示，這些發現支持了數十年的理論預測。

高說：“這一令人驚訝的結果鼓勵科學家更深入地研究這種獨特的材料，這可能會改變我們對磁鐵以及極端量子狀態下材料行為的理解。”

研究及融資團隊

這項研究的共同作者包括多倫多大學的 Felix Desrochers 和 Yong-baek Kim；萊斯大學保羅謝勒研究所校友大衛·塔姆；來自維也納科技大學的 Silke Paschen、Diana Kirschbaum 和 Duy Ha Nguyen； Laue-Langevin 研究所的 Paul Stevens 和 Arno Hess；來自 Heinz Maier-Leibnitz Zentrum Jülich 中心的 Yixi Su；和羅格斯大學的 Sang Wook Cheung。

美國能源部、戈登和貝蒂摩爾基金會以及羅伯特·A·威爾士進行了這項研究。