科学家合成特殊新型磁性物质 自旋液体材料接近零度不会冻结

俄罗斯莫斯科国立大学和国立研究型技术大学最近合成了一种特殊的新型磁性物质——自旋液体材料，即使在接近绝对零度时，其单原子的自旋也不会冻结。这种材料可以在基于单粒子波函数纠缠的量子技术中得到应用。相关研究结果近日发表在《无机化学》杂志上。

自旋是基本粒子的普遍属性。在室温下，许多材料中粒子的自旋是无序和波动的，随着温度降低会变得有序甚至冻结。而自旋液体是一种罕见的物质状态，具有特殊结构，其中电子的自旋保持无序状态，即使在接近绝对零度时也能继续波动。

自旋液体的概念1988年就已出现，和高温超导的机制密切相关，但科学家直到最近才开始寻找这种物质。迄今为止，自旋液体的主要候选材料被认为是一种氯羟锌铜石，其中铜离子作为磁矩的载体，形成理想的二维kagome晶格。而俄罗斯科学家的发现，在自旋液体材料清单中又新添了一种物质。

研究人员合成了具有方形kagome型晶格的氯—磷氧铜铋钠晶体，当冷却到-271℃时不会形成磁序。因此，研究人员推测，在这种材料中，自旋子系统在低温下的表现就像一种纠缠的自旋液体。

该研究论文作者之一、莫斯科国立研究型技术大学功能量子材料实验室负责人亚历山大·瓦西里耶夫说，合成的物质由钠、铜、铋、磷、氧和氯原子组成，在其晶体结构中可以分为两个主要片段模块：第一个是由4个4面体簇形成的层，每个4面体的中心是氧原子。铜原子位于4面体的3个顶点，在第4个顶点有一个铋原子。这样的层带有正电荷，并准备与第二个带负电荷的片段分享。第二层由多面体组成，其中心是钠、磷和铜原子，顶点是氧和/或氯原子。

他解释说，所描述的各层之间的关系通常被解释为“客人—主人”模式。有趣的是，这种新的化合物是用过量的普通食盐获得的。盐促进了矩阵的形成——“主人”热情地接受了组合物“客人”片段，形成具有独特物理特性的材料，未来这种材料可能会在基于单粒子波函数纠缠的量子技术中得到应用。(记者董映璧)

关键词： 自旋 液体 材料 不会冻结