作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 学分:奥赛大学士兵体质实验室质量管理小组
巴黎-萨克莱
在足够低的温度下，磁性系统通常会变成固体晶体
发生这种现象的一个著名现象是铁磁性，当所有的基本矩或自旋在原子尺度上相互作用时(即
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，即所谓的海森堡相互作用)并向一个方向排列
铁磁性支撑着一些日常物品的功能，包括指南针、冰箱贴和硬盘
在某些情况下，相邻的矩和自旋可以反对齐，以最小化对的相互作用能量
然而，当一个格子具有三角形几何形状时，这种成对的最小化就变得不可能了，这就产生了一种被称为“挫折”的现象
“挫折似乎是一种独特的工具，可以打败经典磁学的范例，让更多奇异的量子态出现
几十年来，物理学家一直在进行研究，旨在确定受抑量子磁体的基态，因为这可能对凝聚态物理产生重要影响
在这些先前研究的基础上，巴黎萨克莱大学和法国其他机构的研究人员最近进行了一项实验，旨在揭示原型量子戈薇ZnCu3(OH)6Cl2的基态
“在三角形晶格上，自旋通常以120度的角度排列，这是在这种令人沮丧的环境下的最佳折衷，”进行这项研究的研究人员之一菲利普·孟德尔告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“在20世纪70年代，当量子效应变得重要时，菲尔·安德森提出了一个最佳折衷方案的替代方案，例如半自旋，即所谓的共振价键态
相邻的旋转仍然会组合(结合)成对，然后分解(分离)成对，从而在新的伴侣之间产生配对，导致典型的波动性配对组合
" 安德森提出的持续波动的基态被称为“自旋液体”态，因为它类似于在液体中观察到的状态
这是一个具有数十亿自旋的高度纠缠态，其中单个自旋失去了它们的身份，并融合成一个宏观的集体态
孟德尔解释说:“自旋液态的想法是安德森本人在20世纪80年代发现高温超导的种子时重新提出的。”
“在20世纪90年代，人们开始质疑在什么条件下反铁磁物质中这种RVB状态可以稳定
研究人员很快发现，由角共享三角形组成的大卫星形晶格戈薇可能是寻找自旋液体的理想结构，特别是使用最容易波动的量子自旋1/2
" 在过去的几十年里，许多研究集中在两个简单的研究问题上:稳定戈薇晶格上的自旋液态是否实际上是可能的，如果是，最稳定的基态是什么
现在的证据表明，在戈薇晶格中实现自旋液态是可能的，然而最稳定的状态是什么还不清楚
赫伯特史密斯结构
信用:Khuntia等人
门德尔斯说:“在实验方面，戈薇材料很少，其中一种，也可能是迄今为止最好的例子，ZnCu3(OH)6Cl2，在2000年代中期首次合成，直到2010年代才以晶体形式产生。”
“这种神奇的材料使量子磁性团体能够挑战理论预测，并推动我们目前对这个问题的理解
" 在他们的研究中，孟德尔和他的同事研究了戈薇锌铜3(羟基)6Cl2基态的磁性
他们的最终目标是发现这种材料属于哪一类自旋液体
门德尔斯说:“自然界并不完美，虽然可能是戈薇反铁磁物质的最佳原型，但氯化锌仍有缺陷。”
“锌和铜太相似了，不能停留在理想状态下产生完美的自旋戈薇反铁磁物质
一些Cu2+自旋确实位于戈薇晶格之外，模糊了研究，需要标准实验，如磁化比热
" 在他们的实验中，孟德尔和他的同事使用了核磁共振技术，这种技术能够收集局部观察结果，是磁共振成像的基础，磁共振成像是检测医疗状况最广泛使用的方法之一
通过低温核磁共振，他们能够区分材料中有缺陷和无缺陷的区域，从而分离出戈薇自旋的独特特征
这一过程最终使研究人员能够挑出氯化锌(OH)6Cl2的具体特征和动力学
当试图区分不同类别的自旋液体时，科学家必须首先试图理解成对的自旋是如何以符合安德森在他的理论中描绘的画面的方式断裂的
这意味着确定基态和激发态之间是否存在间隙，这在处理量子态叠加时可能更具挑战性
孟德尔和他的同事进行的研究可能是朝着这个方向迈出的第一步
孟德尔说:“通过研究局部磁化率、对磁场的响应以及当我们从接近绝对零度的温度加热样品时激发发生的方式，我们清楚地表明激发能谱中没有间隙，并讨论了与最近关于激发的预测理论的一致性。”
“无论最终结论是什么，我们都会对理论进行严格的约束，并缩小可能模型的范围
" 在他们最近的工作中，孟德尔和他的同事收集了关于戈薇物质的状态和特征的有价值的新见解
总的来说，他们的发现表明原型量子戈薇ZnCu3(OH)6Cl2没有任何自旋间隙，这与其他研究团队进行的数值计算一致
在未来，这一重要的观察可以作为其他凝聚态物理研究的基础，最终拓宽目前对受抑量子磁体的理解
孟德尔说:“我们的长期梦想之一是生产一种高度受挫的量子材料，如果不是戈薇的话，这种材料可以被掺杂成金属，符合安德森对一种新型超导体的观点。”
“这项工作的范围甚至更广，因为凝聚态拓扑在2016年诺贝尔奖之后变得非常流行
基于戈薇的金属因其拓扑性质而广受追捧
我们的工作可以为新概念的研究开辟新的途径，但也可能有助于应对基础物理和材料科学中的新挑战
"
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