據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國麻省理工大學(xué)通過實(shí)驗驗證了第三種基本磁性狀態(tài)——量子自旋液（QSL），這也與早期的理論預(yù)測相符。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然》雜志上。

自然界有兩種基本的磁性狀態(tài)，磁性和反磁性。磁性如條形磁鐵或指南針中表現(xiàn)的那樣，反磁性是指金屬或合金內(nèi)部離子的磁場彼此抵消，合磁矩為零，但受到外加磁場作用時，由于電子軌道運(yùn)動的變化，會與外加磁場的相反方向產(chǎn)生很小的合磁矩，從而對磁場產(chǎn)生微弱斥力。所有天然物質(zhì)具有不同程度的反磁性。

第三種基本磁性狀態(tài)是量子自旋液。物質(zhì)本身是固態(tài)晶體，而其磁性卻表現(xiàn)出液態(tài)行為：單個粒子的磁性方向處于不斷波動狀態(tài)，就像液體分子那樣不斷運(yùn)動。論文高級作者、麻省理工大學(xué)物理學(xué)教授李楊（音譯）說：“我們證明了第三種基本磁性狀態(tài)的存在。”

李楊解釋說，物質(zhì)內(nèi)部的磁性方向并不固定，這叫做磁運(yùn)動。但它們之間有很強(qiáng)的相互作用，由于量子效應(yīng)它們不會固定在一個地方。諾貝爾物理學(xué)獎得主菲利浦·安德森在1987年首次提出了這一概念，稱這種狀態(tài)可能與高溫超導(dǎo)有關(guān)。“自那時起，物理學(xué)家們就一直想制造出這種狀態(tài)，只是到了最近幾年，我們才有所進(jìn)展。”

研究小組造出的這種物質(zhì)是一種礦物質(zhì)結(jié)晶，叫做赫伯特斜硫砷銀。李楊和同事去年首次造出了一塊該物質(zhì)的純晶體，長7毫米，重0.2克，生長過程耗時10個月。

此外，他們還獲得了一項重大發(fā)現(xiàn)：破碎化的激發(fā)態(tài)。李楊說，雖然一些理論物理學(xué)家對此也曾作過預(yù)言，但一直以來備受爭議。大部分物質(zhì)的量子態(tài)是離散的，其變化通過整體反應(yīng)出來；而這種QSL物質(zhì)顯出了破碎的量子態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上這種激發(fā)態(tài)，稱為自旋子，它們形成了統(tǒng)一體。這種現(xiàn)象還是首次觀察到。

他們用國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院的中子譜儀，通過中子散射技術(shù)測量了這種狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了“這種破碎化的最有力證據(jù)。”李楊說，“這是對自旋液的一項基本理論預(yù)測，我們首次清晰而詳細(xì)地看到了這一現(xiàn)象。”

李楊還指出，要將這一“非常基礎(chǔ)的研究”轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用可能還要很長時間，但該研究有望帶來數(shù)據(jù)存儲或通訊方面的進(jìn)步，或許還能用來解釋“遠(yuǎn)距離量子糾纏”現(xiàn)象，即兩個相隔遙遠(yuǎn)的粒子能瞬間影響對方的狀態(tài)。該發(fā)現(xiàn)還將影響高溫超導(dǎo)研究，最終可能推動該領(lǐng)域發(fā)展。