由利物浦大學(xué)和麥克馬斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組在尋找物質(zhì)的新狀態(tài)方面取得了重大突破。在《自然物理》(Nature Physics)雜志上發(fā)表的一項研究中,，研究人員表示,，鈣鈦礦相關(guān)的金屬氧化物TbInO3呈現(xiàn)出量子自旋液態(tài)，這是一種長期以來備受追捧的不尋常的物質(zhì)狀態(tài),。利用非彈性中子散射和介子光譜等前沿實驗技術(shù),，研究人員發(fā)現(xiàn)，TbInO3中的奇異量子態(tài)來自于稀土元素鋱材料中磁性離子周圍復(fù)雜的局部環(huán)境,。

這一發(fā)現(xiàn)令研究小組感到意外,，因為根據(jù)TbInO3的晶體結(jié)構(gòu)，人們預(yù)計這種材料不會表現(xiàn)出如此不同尋常的磁性,。量子自旋液態(tài)理論是40多年前由諾貝爾獎得主菲利普·安德森(Philip Anderson)提出的,。在量子自旋液體中，磁矩表現(xiàn)得像液體,，即使在絕對零度也不會凍結(jié)或定級,，這就產(chǎn)生了幾種不同尋常的材料特性。量子自旋液體的物化仍然存在廣泛爭議,。因此,，能夠承載這種物質(zhì)狀態(tài)的新材料的發(fā)現(xiàn)和探索是先進材料研究的活躍領(lǐng)域，在量子計算的發(fā)展中具有潛在的應(yīng)用價值,。

該大學(xué)材料創(chuàng)新工廠的露西·克拉克博士領(lǐng)導(dǎo)了一個量子材料研究項目,，她說:“我們花了幾年的努力和實驗，才達到對TbInO3的理解,?！碑?dāng)研究像量子自旋液體這樣復(fù)雜的物質(zhì)量子態(tài)時，進行一項實驗往往會提出比它能回答的更多的問題。然而,，在TbInO3的例子中,，物理學(xué)是特別豐富的，所以我們特別有動力堅持下去,。我們的研究表明,，TbInO3是一種令人著迷的磁性材料，它很可能有更多有趣的特性有待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn),?！叭绻麤]有我們在橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)世界領(lǐng)先的中心設(shè)施以及在盧瑟福阿普爾頓實驗室(Rutherford Appleton Laboratory)的ISIS設(shè)施的同事們的合作，這些工作都不可能完成,。我們的大部分實驗都是在盧瑟福阿普爾頓實驗室進行的,?！边@兩種設(shè)備都能產(chǎn)生粒子——尤其是中子和介子——我們可以用它們來探測物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì),，從而揭示新相的性質(zhì)，比如量子自旋液體,。

麥克馬斯特大學(xué)布羅克豪斯材料研究所所長布魯斯·高林教授說:“這種材料看起來似乎很簡單,，鋱自旋裝飾著一個二維的三角形建筑。但是隨著我們掌握的現(xiàn)代實驗技術(shù)的全面補充,，這種結(jié)構(gòu)的低溫磁性,，基于兩種不同的鋱環(huán)境，呈現(xiàn)出一種完全奇異的物質(zhì)量子無序狀態(tài)——這是一個意想不到的令人興奮的結(jié)果,。露西·克拉克博士補充道:“該項目成功的關(guān)鍵在于強大而持久的國際合作,，包括由羅格斯大學(xué)量子材料合成中心主任張尚武教授領(lǐng)導(dǎo)的小組?！?/p>