herbertsmithite

麻省理工學(xué)院(MIT)近日展示了一種全新磁性的存在，證實(shí)了早先的預(yù)言。在此之前，我們只知道兩種磁性：“鐵磁性”(Ferromagnetism)就是條形磁鐵、指南針里的磁性，幾個(gè)世紀(jì)前我們的祖先就了解它了，同性相斥異性相吸，內(nèi)部所有原子的磁運(yùn)動(dòng)或者磁性方向是相同的;“反鐵磁性”(Antiferromagnetism)，金屬和合金內(nèi)部的磁場(chǎng)，原子磁運(yùn)動(dòng)方向相反且互相抵消，從而可以有序地排列，硬盤磁頭就是基于這種原理的。

反鐵磁性的預(yù)言和發(fā)現(xiàn)讓Louis Neel、Clifford Shull分別在1970年、1994年贏得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而后者就是MIT的一名教授。

而新發(fā)現(xiàn)的第三種磁性叫做“量子自旋液體”(Quantum Spin Liquid/QSL)，來自一種從礦物中提出的固態(tài)晶體“herbertsmithite”，但磁性卻很像液體里的分子，內(nèi)部每個(gè)粒子的磁方向都是持續(xù)混亂的。

MIT物理學(xué)教授Young Lee指出：“我們證明了，磁性還有第三種基礎(chǔ)狀態(tài)。材料內(nèi)部的磁方向毫無秩序，或者說沒有固定的磁矩，但(粒子)之間有強(qiáng)烈的相互作用，而且因?yàn)榱孔有?yīng)，它們不會(huì)固定在某個(gè)的地方。”

雖然很難直接測(cè)量或者證實(shí)這種特殊磁性狀態(tài)，不過MIT聲稱他們得到的是最強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完全可以將理論模型證明為現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)。

普林斯頓大學(xué)教授Philip Anderson 1987年第一次提出了這種新的磁性概念，認(rèn)為它可能會(huì)和高溫超導(dǎo)體有關(guān)。Young Lee表示：“從那之后，物理學(xué)家就一直想得到這種狀態(tài)，但直到最近幾年我們才取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。”

Young Lee和他的同事花了十個(gè)月的時(shí)間，在去年成功得到了一塊足夠大、足夠純凈的herbertsmithite，然后就一直在鉆研它的屬性，并最終驗(yàn)證了QSL磁性的存在，期間還使用了中子散射(neutron scattering)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。

接下來大家應(yīng)該會(huì)問，這種新的磁性會(huì)有什么用?前言物理理論轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用成果往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間，這次也不例外。研究人員指出，這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(新型存儲(chǔ)器)、計(jì)算機(jī)通信(遠(yuǎn)程量子纏繞)的重大突破，造就新型量子計(jì)算機(jī)，或者實(shí)現(xiàn)真正的高溫超導(dǎo)體——可在常溫而非零下200℃下工作的超導(dǎo)體。