量子自旋液體是一種神秘的量子物質(zhì)形態(tài)，由物理學(xué)家菲爾·安德森于1973年提出。科學(xué)家們認為，它隱藏在某些磁性物質(zhì)內(nèi)，但一直未能在自然界中觀測到。上海交通大學(xué)物理與天文系錢冬教授解釋稱，在二維量子自旋液體中，電子可以等效地“分裂”為其他準粒子，其中一種被稱為馬約拉納費米子的準粒子或能促進量子計算機的研制。

在最新研究中，美國橡樹嶺國家實驗室的阿勒比·班納吉和斯蒂芬·納格勒領(lǐng)導(dǎo)的團隊使用中子散射技術(shù)，在擁有與石墨類似結(jié)構(gòu)的α-氯化釕內(nèi)，尋找到了量子自旋液體可能存在的實驗證據(jù)。他們用中子照射α-氯化釕粉末，對從樣品中沿不同角度穿透出來的中子進行能量分析，獲得了特定的波紋狀圖案。

物理學(xué)家對普通磁性材料的中子散射圖案了如指掌，但包含馬約拉納費米子的散射圖案是未解之謎。該研究團隊成員之一、劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的約翰尼斯·諾爾和同事在2014年提出的理論結(jié)果和最新實驗觀察吻合，由此提供了該準二維材料內(nèi)量子自旋液體存在的重要證據(jù)。

另據(jù)錢冬介紹，2012年，麻省理工學(xué)院的李揚（音譯）曾在郝伯特史密斯晶體（herbertsmithite）中，采用中子散射技術(shù)發(fā)現(xiàn)了量子自旋液體存在的一些證據(jù)，但最終沒有確定，而最新研究首次在包含重元素的準二維材料中發(fā)現(xiàn)量子自旋液體存在的證據(jù)。由于量子自旋液體的復(fù)雜性，最終100%確定可能還需要進一步的理論和實驗研究?？ㄎ牡显S實驗室的德米特里·科夫瑞辛說：“這種新的量子狀態(tài)是我們理解量子材料的重要一步，為我們提供了新的可能性?！?/span>

研究結(jié)果發(fā)表在《自然·材料》雜志上。