预言成现实 神秘物质新形态证据被发现(图)
研究人员刚刚在一种现实材料中发现了一种神秘的物质新形态证据,该形态被称为“量子自旋液态”(quantum spin liquid)。(图片来源:橡树岭国家实验室)
【看中国2016年04月06日讯】(看中国记者许家栋编译)据“科学报告”网站(sciencealert.com)报道,研究人员刚刚在一种现实材料中发现了一种神秘的物质新形态证据。该形态被称为“量子自旋液态”(quantum spin liquid),它造成电子被分割成更小的准粒子。而目前电子则是物质基本微粒,是物质不可分割的组成部分。
40年前,科学家们首先预测在某些磁性材料中存在着这种物质形态。尽管对其存在有多个线索,他们却从来没有能够在自然界中发现其存在的证据。所以,他们现在能够在二维石墨烯(graphene)状物质中观察到“量子自旋液态”以及伴随它的离奇“费米子”(fermions)真是令人感到非常兴奋。
英国剑桥大学的研究人员约翰内斯•诺尔(Johannes Knolle)说:“这是一种已经被预言过但一直没有见过的新量子态。”
“量子自旋液态”
科学家观察到其最吸引人的特性—“电子分层分离”(electron fractionalisation)和在量子自旋状态(quantum spin state)下的电子分裂而成的“马约拉纳费米子”(Majorana fermions),从而在材料中发现“量子自旋液态”的证据。由于这些“马约拉纳费米子”可以作为量子计算机的基石,所以这个发现令人兴奋。
需要明确的是,电子实际上并没有分裂成更小的实物粒子(即意味着全新的粒子)。实际上所发生的情况是这种物质的新形态分割了电子,使之成为准粒子(quasiparticles)。这些不是真正的颗粒,而是物理学家用来解释和计算粒子奇怪行为的概念。
在含有“量子自旋液态”状态的材料中,即使磁性材料被冷却到绝对零度时,电子由于不能排列整齐,从而因为量子波动而引起相互纠缠。
一名研究人员Dmitry Kovrizhin说:“直到最近,我们甚至都不知道具有‘量子自旋液态’实验对象的样子。需要提出的一个问题是,如果曾经可能进行了‘量子自旋液态’的实验,我应该观察到了什么?”
量子计算机
为了弄清楚事情的原委,研究人员们与美国田纳西州“橡树岭国家实验室”(Oak Ridge National Laboratory)的一个团队一起工作,利用“中子散射技术”(neutron scattering techniques)在类似于三氯化钌(alpha-ruthenium chloride)的材料中寻找“电子分层分离”的证据。这种材料在结构上类似于石墨烯材料。
诺尔说:“这是对已知物质量子态简短名单的一个新补充。”
Kovrizhin补充说:“这是我们理解量子问题很重要的一步。这种乐趣在于,我们发现了另一种新的、以前从来没有见过的量子状态,它为我们提供了尝试新事物的新可能性。”
其中一些新的东西涉及到“量子计算机”(quantum computers),这种计算机将比普通电脑成倍的快。尽管这一切听起来很理论化,但实际上有一些非常令人兴奋的应用潜力。
这个研究结果已发表在《自然材料》(Nature Materials)期刊上。
来源:看中国
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