2020年5月19日
这听起来像一个谜语:如果你拿两个小钻石，把一个小磁性晶体放在它们之间，然后非常缓慢地把它们挤压在一起，你会得到什么
答案是一种磁性液体，这似乎有悖直觉。液体在压力下变成固体，但一般不会反过来。美国能源部阿贡国家实验室科学用户设施办公室高级光子源(APS)的一组研究人员公布了这一不寻常的关键发现，可能会为科学家提供高温超导性和量子计算的新见解。欧洲杯线上买球
尽管科学家和工程师已经使用超导材料几十年了，高温超导体无电阻导电的确切过程仍然是一个量子力学谜。欧洲杯足球竞彩超导体的特征是电阻的损失和磁性的损失。高温超导体可以在高于液氮(−320华氏度)的温度下工作，这使得它们对于电网和能源领域的其他应用中的无损输电线路具有吸引力。
但没有人真正知道高温超导体是如何达到这种状态的。为了使这些材料的工作温度接近环境温度，这些知识是必需的，这对于在节能电网中全面实施超导欧洲杯足球竞彩体是必需的。
“量子自旋液体是自旋态的叠加，波动但纠缠。公平地说，这个过程，如果它创造了具有量子叠加的量子自旋液体，就会制造出量子比特，量子计算机的基本组成部分。”——物理学家、XSD小组组长丹尼尔·哈斯克尔
普林斯顿大学(Princeton University)已故理论学家菲尔·安德森(Phil Anderson)在1987年提出的一个想法是，将材料置于量子自旋液态，安德森认为这可能导致高温超导。欧洲杯足球竞彩关键在于材料原子中电子的自旋，在一定条件下，这些自旋会被推入一种“受挫”的状态，无法将自己排列成有序的模式。
为了缓解这种挫折，电子自旋方向随时间波动，只是在短时间内与邻近的自旋对齐，就像液体一样。正是这些波动有助于高温超导所需要的电子对的形成。
根据丹尼尔·哈斯克尔的说法，压力提供了一种“调节”电子自旋之间分离的方法，并使磁铁进入一种受挫状态，在这种状态下，磁性在一定的压力下消失，自旋液体出现，他是阿贡x射线科学部(XSD)的物理学家和组长，他带领一个研究小组在APS进行了一系列实验。欧洲杯线上买球该团队包括Argonne的助理物理学家Gilberto Fabbris和物理学家Jong-Woo Kim和Jung Ho Kim，他们都是XSD的。
哈斯克尔谨慎地说，他的团队的结果最近发表在物理评论快报在这种情况下，原子自旋即使在绝对零度的温度下也会继续运动——还需要更多的实验来证实这一点。
但他们确实表明，通过施加缓慢而稳定的压力，一些磁性材料可以被推到一种类似于液体的状态，在这种状态下，电子自旋变得无序，磁性消失，同时保留了电子自旋所在欧洲杯足球竞彩原子的晶体结构。研究人员确信他们创造了一种自旋液体，其中电子自旋是无序的，但不确定这些自旋是否被纠缠，这将是一种量子自旋液体的标志。
哈斯克尔说，如果这是一种量子自旋液体，用这种方法制造这种液体的能力将具有广泛的意义。
“某些类型的量子自旋液体可以实现无错误的量子计算，”Haskel说。“量子自旋液体是自旋态的叠加，波动但纠缠。公平地说，这个过程，如果它创造了具有量子叠加的量子自旋液体，就会制造出量子比特，量子计算机的基本组成部分。”
那么这个团队做了什么，他们是怎么做的呢?这又把我们带回了钻石，这是APS一个独特实验装置的一部分。研究人员使用了两个钻石砧，它们的切割方式与你在珠宝店看到的类似，底座宽，边缘窄而平。他们把较小的平面边缘放在一起，在它们之间插入磁性材料(在这种情况下是锶铱合金)，然后推。
“这个想法是，当你对它加压时，原子会更靠近，”fabbri说。“因为我们可以慢慢地这样做，所以我们可以连续地这样做，我们可以在压力上升时测量样本的性质。”
当Fabbris说压力施加得很慢时，他不是在开玩笑——他说，每个实验都花了大约一周的时间，使用的样本直径约为100微米，或一张薄纸的宽度。由于研究人员不知道在多大的压力下磁力会消失，他们必须仔细测量每一个微小的增加。
他们看到它消失了，大约在200亿帕斯卡——相当于20万个大气压，大约是地球上最深海沟——太平洋马里亚纳海沟底部压力的200倍。电子的自旋在很短的距离内保持相关，就像液体一样，但即使在1.5开尔文(−457华氏度)的低温下也保持无序。
诀窍,Haskel说,创建一个自旋液体状态的关键,是保持晶体原子排列的秩序和对称,因为随机无序的原子位置的不必要的影响将会导致一个不同的磁状态,没有自旋液体状态的独特性能。哈斯克尔把电子的自旋比作一个城市街区上的邻居——当它们靠近时，它们都想让对方高兴，它们会改变自旋方向来匹配邻居的自旋方向。我们的目标是让它们如此接近，以至于它们不可能让所有的邻居都满意，从而“挫败”它们的旋转互动，同时仍然保持城市街区的结构。
研究小组利用APS的强x射线成像能力来测量样品的磁性，哈斯克尔和法布里斯说，APS是美国唯一可以进行这种实验的设施。特别是，Fabbris说，专注于一种原子而忽略其他原子的能力是至关重要的。
“这些样本非常小，如果你试图在大学实验室用其他技术测量磁性，你会从钻石砧细胞的组件中接收到磁性信号，”fabbri说。“如果没有像APS这样的光源，我们所做的测量是不可能的。这是独一无二的能力。”
现在这个团队已经实现了自旋液体，下一步是什么——需要更多的实验来看看量子自旋液体是否已经被创造出来。未来的实验将涉及更直接地探索自旋液态的自旋动力学性质和相互关系。但哈斯克尔说，最近的结果为实现这些难以捉摸的量子态提供了一条途径，这可能会导致对超导性和量子信息科学的新见解。欧洲杯线上买球
Haskel还提到了APS升级，这是一个大规模的项目，将会看到仪器的亮度增加到1000倍。他说，这将允许对这些迷人的物质状态进行更深入的研究。
“这取决于每个人的想象力，哪些令人惊讶的量子力学效应正在等待被发现，”他说。
来源:https://www.anl.gov/