液態自旋量子Herbertsmithite，這個詞有兩重含義，一是指礦物晶體-氯羥鋅銅石，二是指第三種磁態-液態自旋量子。
基本介紹
- 中文名：液態自旋量子/氯羥鋅銅石
- 外文名：Herbertsmithite
簡介,美國麻省理工學院,物理學特徵,實驗數據,新發現,相關理論,發現者,研究歷史,實際套用,
簡介
液態自旋量子，英文為：Herbertsmithite。
Herbertsmithite這個詞有兩重含義：
一，是指中文名為：“氯羥鋅銅石”的一種極其罕見的礦物晶體，該礦物具有第三種磁態-“液態自旋量子”特殊屬性。這個礦物是英國礦物學家赫伯特·史密斯(Herbert Smith)在智利發現的，該礦物被以他的名字命名。氯羥鋅銅石 的分子式：Cu3Zn(OH)6Cl2。
氯羥鋅銅石出產地位於San Francisco Mine, Caracoles, Sierra Gorda District, Antofagasta Province, Antofagasta Region, Chile(智利，安托法加斯塔地區，安托法加斯塔省，聖弗朗西斯科礦)。該礦於1990年被關閉。
二，是指具有第三種磁性的“液態自旋量子”
因為氯羥鋅銅石具有液態自旋量子這種非常特殊的物理屬性，麻省理工學院(MIT)研究人員經過多年研究，從這種礦物裡面提純出了人工合成晶體，科學家相信這一成果將會給高溫超導體和量子計算帶來一場革命。
下圖為Herbertsmithite氯羥鋅銅石礦物晶體
氯羥鋅銅石原礦
氯羥鋅銅石原礦下圖為美國麻省理工學院提純的長7毫米，重0.2克herbertsmithite純晶體
麻省理工學院提純Herbertsmithite美國麻省理工學院
液態自旋量子又稱為量子自旋液體、量子自旋液。
物理學特徵
液態自旋量子是一種晶體，但它的磁態卻呈液態。與其他兩種磁性不同，液態自旋量子的單個粒子磁性取向始終處於變化之中，與真正液體中的分子運動類似。這種物質內部沒有靜態磁性取向。但粒子之間存在強烈的相互作用，由於量子效應，它們不會固定在某個地方。
實驗數據
麻省理工學院的物理學家在實驗室合成的herbertsmithite純晶體。這種物質擁有一種新物質態，也就是第三種磁性狀態。這個晶體長7毫米，重0.2克，歷時10個月合成。
新發現
發現量子自旋液體的材料來自一種固態晶體，不過其內部磁狀態總是在不斷變化的，當磁場方向的電子（磁矩）與附近電子互動的時候就會波動。但是研究所Young Lee指出“由於強烈的互動，加上量子效應， 它們常常無法鎖定在一個空間內”，所以這些強烈的量子互動造成了遠程的量子糾纏（量子纏結）。
相關理論
鐵磁性反鐵磁性。人類對磁鐵的認知歷史相當遙遠，古人已懂得利用地磁場的力量讓羅盤為我們指引方向。在鐵磁性方面，電子向同一個方向旋轉，且導致了磁體的南北兩極。對於反磁性而言，相鄰的電子自旋呈相反的方向排列，導致其磁化率接近於零。鐵磁性和反鐵磁性可以同時被人們所使用，比如說硬碟里的磁力感測器。
發現者
預測這種現象讓路易斯·奈耳在1970年獲得諾貝爾物理學獎，發現這種現象是麻省理工學院的名譽教授克利福德·沙爾在1994年斬獲諾獎。
1987年，著名理論學家菲利普·安德森首次提出存在第三種磁態。安德森指出這種狀態可能與高溫超導體有關。
研究歷史
早在1987年，專家們就開始探究液態自旋量子(QSL)是否存在，在麻省理工學院，研究者花費了十個月才得到一個微小的herbertsmithite 薄片。這是一種疑似QSL的物質，但從未被仔細的研究過。科學家利用中子散射(發射一束中子)這種物質後，才完全肯定 herbertsmithite 就是液態自旋量子。
2011年，麻省理工學院的物理學教授李楊(Young Lee，音譯)和同事首次合成這種物質的一個大尺寸純晶體，整個過程歷時10個月。隨後，他們一直對這種晶體的性質進行細緻研究。絕大多數物質都擁有不連續的量子態，量子態的改變用整數表達，相比之下，液態自旋量子表現出碎片式的量子態。研究人員發現這種被稱之為“自旋振子”的量子態能夠形成一個連續體。
實際套用
麻省理工學院的研究成果有助於改進數據存儲或者通訊，可能的方式是利用一種被稱之為“遠距離纏結”的怪異量子現象。遠距離纏結是指兩個相隔很遠的粒子能夠同時影響彼此的狀態。此外，這一研究成果也有助於研發高溫超導體，讓這一領域取得新進展。
