东京科学大学 QSL态可以通过实验观察到，这提高了我们对自旋行为的认识，以及它在下一代“自旋电子”器件中的集成
学分:东京科学大学 除了量子物理理论提供的对自然界的深刻理解之外，全世界的科学家都在努力通过在工程应用中利用这一新知识来引发一场技术革命
自旋电子学是一个新兴的领域，旨在通过利用电子的自旋来超越传统电子学的限制，电子的自旋大致可以被视为它们的角旋转，作为传输信息的一种手段
但是设计能够利用自旋工作的装置是极具挑战性的，并且需要在奇特的状态下使用新材料——甚至一些科学家还没有完全理解并且还没有实验观察到的材料
在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，日本东京科学大学应用物理系的科学家描述了一种新合成的化合物，分子式为KCu6AlBiO4(SO4)5Cl，这可能是理解难以捉摸的“量子自旋液体(QSL)”状态的关键
首席科学家博士
藤哈拉正义解释了他的动机:“观察QSL态是凝聚态物理和新自旋电子器件发展的最重要目标之一
然而，由于无序的存在或与理想模型的偏差，二维系统中的QSL状态在实际材料中还没有被清楚地观察到
" 什么是量子自旋液态？在低于特定温度的反铁磁材料中，电子的自旋自然排列成大规模的模式
然而，在QSL状态的物质中，自旋是无序的，就像液态水的分子与结晶冰相比是无序的一样
这种无序是由一种叫做挫折的结构现象引起的，在这种现象中，不可能有对称的、能量上对所有电子都有利的自旋结构
KCu6AlBiO4(SO4) 5Cl是一种新合成的化合物，其铜原子以一种特殊的二维模式排列，称为“方形戈薇晶格(SKL)”，这种排列预计会通过挫折产生QSL态
该研究的合著者之一，三田修夫教授说:“SKL体系缺乏一种模型化合物，这阻碍了对其自旋状态的更深入理解
受此启发，我们合成了第一个SKL反铁磁体——kcu6al bio 4(SO4)5Cl，并证明了在极低的温度下不存在磁有序——QSL态
" 然而，所获得的实验结果不能通过使用标准的“J1-J2-JBOY3乐队·SKL·海森堡”模型的理论计算来复制
这种方法考虑了晶体网络中每个铜离子与其最近邻之间的相互作用
合著者Dr
森田胜弘解释说:“为了消除这种差异，我们使用不同的参数组计算了一个考虑次近邻相互作用的SKL模型
尽管如此，我们还是无法复制实验结果
因此，为了正确理解实验，我们需要计算具有进一步相互作用的模型
" 实验和计算之间的这种不一致凸显了改进现有理论方法的必要性，合著者东山隆美教授总结道:“虽然我们合成的SKL反铁磁物质是研究SKL磁性的第一个候选物质，但我们可能必须考虑更长距离的相互作用，才能在我们的模型中获得量子自旋液体
这是揭示QSL国家本质的理论挑战
“让我们希望物理学家设法应对这一挑战，使我们离自旋电子学的美好前景又近了一步
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