科学家探究了被称为自旋液体状态的起伏磁性的性质

矿物铁矾石的样品。

一项最新发表的研究报告对铁矾石的电子如何响应光进行了详细的分析，揭示了自旋液体态光导率中的一个特征，该特征反映了磁性对电子运动的影响。

一组研究人员使用低频激光脉冲进行了首次测量，揭示了在名为赫伯史密斯铁矿的矿物中发现的独特磁性的详细特征。

在这种材料中，磁性元素会不断波动，从而导致流体磁性处于一种奇特的状态，称为“量子自旋液体”。这与在称为铁磁体的材料中发现的传统磁性相反（在传统材料中，所有磁力沿同一方向排列，彼此增强），在反铁磁体中，相邻的磁性元素沿相反方向排列，从而导致材料的整体完全抵消。磁场。

尽管以前在铁矾土中观察到自旋液体状态，但从未对材料的电子对光的反应进行详细的分析，这是确定关于该材料的几种竞争理论中哪一种是正确的关键。

现在，麻省理工学院，波士顿学院和哈佛大学的团队已成功进行了这些测量。麻省理工学院Biedenharn职业发展副教授Nuh Gedik，研究生Daniel Pilon，博士后Chun Hung Lui等人合着的《 Physical Review Letters》中的一篇论文报道了这种新分析。

他们的测量使用仅持续一万亿分之一秒的激光脉冲，揭示了自旋液体态光导率的特征，反映了磁性对电子运动的影响。这一观察结果支持了一系列理论上的预测，而这些实验先前还没有通过实验得到证实。Gedik说：“我们认为这是一个很好的证据，它可以帮助解决自旋液体研究中一个相当大的争论。”

皮隆解释说：“理论家提供了许多关于如何在铁矾土中形成自旋液体状态的理论。”“但是到目前为止，还没有任何实验可以直接区分它们。我们相信，我们的实验为赫伯史密斯铁矿中这些理论模型的实现提供了直接的直接证据。”

量子自旋液体的概念最早是在1973年提出的，但直到最近几年才首次发现这种材料的直接证据。新的测量有助于阐明该奇异系统的基本特征，认为该奇异系统与高温超导性的起源密切相关。

Gedik说：“尽管目前很难预测任何潜在的应用，但是对这一不寻常物质阶段的基础研究可以帮助我们解决物理学中一些非常复杂的问题，尤其是高温超导性，这最终可能会导致重要的应用。”此外，皮隆说：“这项工作对于量子计算的发展也可能是有用的。”

加州大学圣塔芭芭拉分校的物理学教授莱昂·巴伦茨（Leon Balents）并未参与这项工作，他说：“如果在这些测量中观察到的光导率确实是内在的，那将是重要而令人兴奋的结果，这将是非常重要的。对于了解自旋液体状态的性质很重要。”

Balents补充说，需要进一步的工作来确认这一结果，但他说：“这显然是一项令人兴奋且重要的测量，我希望将来可以通过扩展频率和磁场范围来进一步追求。”

这项工作得到了美国能源部的支持，其中还包括麻省理工学院的Young Lee和Han Tian-Heng Han，波士顿学院的David Shrekenhamer和Willie J. Padilla，以及麻省理工学院和哈佛大学的研究生Alex J. Frenzel。

出版物：D. V. Pilon等人，“自旋液体候选赫伯铁矿石中的自旋诱导的光学电导率”，物理。莱特牧师111，127401，2013; doi：10.1103 / PhysRevLett.111.127401

研究报告的PDF副本：自旋液体候选赫伯铁矿石中的自旋诱导的光导率

图像：罗布·拉文斯基（Rob Lavinsky）/irocks.com

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