第三種磁態(tài)的發(fā)現(xiàn)在超導(dǎo)材料研究方面具有重要意義，同能也能改變電腦硬盤的工作方式
北京時(shí)間12月25日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，美國麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新物質(zhì)，擁有第三種磁性狀態(tài)。他們表示這種新物質(zhì)將改變電腦的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。麻省理工學(xué)院的物理學(xué)教授李楊(Young Lee，音譯)指出：“我們發(fā)現(xiàn)了第三種基本磁態(tài)。”
英國《自然》雜志報(bào)道稱，麻省理工學(xué)院的研究證明存在這種被稱之為“液態(tài)自旋量子”的新物質(zhì)。液態(tài)自旋量子是一種固態(tài)晶體，但它的磁態(tài)卻呈液態(tài)。與其他兩種磁性不同，液態(tài)自旋量子的單個(gè)粒子磁性取向始終處于變化之中，與真正液體中的分子運(yùn)動(dòng)類似。李楊表示這種物質(zhì)內(nèi)部沒有靜態(tài)磁性取向。他說：“但粒子之間存在強(qiáng)烈的相互作用，由于量子效應(yīng)，它們不會(huì)固定在某個(gè)地方。”
李楊指出這種怪異的狀態(tài)很難進(jìn)行測量或者說很難證實(shí)它的存在。這是迄今為止得出的最具有說服力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明存在這種現(xiàn)象。“過去，這種現(xiàn)象只存在于理論家的模型中，現(xiàn)在，我們在現(xiàn)實(shí)的物理系統(tǒng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。”
所謂的鐵磁性是指磁鐵或者指南針的簡單磁性。幾百年前，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象。反鐵磁性是現(xiàn)代電腦硬盤讀頭的基礎(chǔ)，預(yù)測這種現(xiàn)象讓路易斯-奈耳在1970年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象則讓麻省理工學(xué)院的名譽(yù)教授克利福德-沙爾在1994年斬獲諾獎(jiǎng)。反鐵磁性是指金屬或者合金的離子磁場相互抵消。無論是哪一種情況，它們只有溫度冷卻到一個(gè)確定溫度之后才能具有磁性。
1987年，著名理論學(xué)家菲利普-安德森首次提出存在第三種磁態(tài)。李楊表示安德森認(rèn)為這種狀態(tài)可能與高溫超導(dǎo)體有關(guān)。“自此之后，物理學(xué)家便希望制造出這種磁態(tài)。過去幾年，我們才在這一研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。”液態(tài)自旋量子本身是一種被稱之為“herbertsmithite”的礦物晶體，以礦物學(xué)家赫伯特-史密斯(Herbert Smith)的名字命名。1972年，史密斯在智利發(fā)現(xiàn)了這種礦物。
2011年，李楊和同事首次合成這種物質(zhì)的一個(gè)大尺寸純晶體，整個(gè)過程歷時(shí)10個(gè)月。隨后，他們一直對(duì)這種晶體的性質(zhì)進(jìn)行細(xì)致研究。絕大多數(shù)物質(zhì)都擁有不連續(xù)的量子態(tài)，量子態(tài)的改變用整數(shù)表達(dá)，相比之下，液態(tài)自旋量子表現(xiàn)出碎片式的量子態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)這種被稱之為“自旋振子”的量子態(tài)能夠形成一個(gè)連續(xù)體。他們在發(fā)表于《自然》雜志上的論文中將這一觀測發(fā)現(xiàn)描述為“引人注目的第一次”。
李楊表示：“這項(xiàng)研究成果是物理學(xué)家和化學(xué)家等學(xué)科的科學(xué)家共同努力的結(jié)晶。你需要合成這種物質(zhì)而后利用先進(jìn)物理學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究。理論學(xué)家對(duì)我們的這項(xiàng)研究起到了重要作用。”李楊指出可能需要很長時(shí)間才能讓這種非常基礎(chǔ)的研究轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用。
麻省理工學(xué)院的研究成果有助于改進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或者通訊，可能的方式是利用一種被稱之為“遠(yuǎn)距離纏結(jié)”的怪異量子現(xiàn)象。遠(yuǎn)距離纏結(jié)是指兩個(gè)相隔很遠(yuǎn)的粒子能夠同時(shí)影響彼此的狀態(tài)。此外，這一研究成果也有助于研發(fā)高溫超導(dǎo)體，讓這一領(lǐng)域取得新進(jìn)展。李楊說：“我們需要進(jìn)一步了解這種現(xiàn)象。目前還沒有任何理論能夠描述我們觀測到的現(xiàn)象。”美國哈佛大學(xué)物理學(xué)教授蘇比爾-薩奇德夫表示：“這是一個(gè)重大研究發(fā)現(xiàn)，為研究多主體系統(tǒng)內(nèi)的量子纏結(jié)打開了一扇窗。”