除了固體、液體和氣體外，在特殊條件下，特定材料也可以產(chǎn)生更多奇異狀態(tài)的物質(zhì)。物理學家對這種狀態(tài)非常感興趣，因為它們提供了對量子現(xiàn)象更深層次的理解。玻色-愛因斯坦凝聚體就是在非常低溫度下發(fā)生的這樣一種物質(zhì)狀態(tài)。

在這種狀態(tài)下，凝聚態(tài)大部分組成粒子都處于所謂的“基態(tài)”，以其最低可能的能量，并且微觀量子現(xiàn)象很容易被觀察到，有趣的是，這種狀態(tài)也可以由準粒子表現(xiàn)出來。

準粒子不是實際的粒子，但代表系統(tǒng)中的集體微觀激發(fā)，因此可以用來以簡化，但非常有用的方式來描述系統(tǒng)。磁子，一種在磁性材料中表現(xiàn)出來的準粒子，是源自晶體中電子的集體激發(fā)。磁力子通?？梢栽诰w中的不同位置之間跳躍；然而，在一些化合物中，在磁場的作用下，可能會被困在一種Catch-22的情況下，從而產(chǎn)生結(jié)晶。這是一個非常有趣的量子現(xiàn)象，被稱為“磁振子結(jié)晶”，在這種現(xiàn)象中，磁振子被稱為處于“受挫”狀態(tài)。

為了探索這種特殊的效應，由東京理工大學Hidekazu Tanaka教授領導的一個科學家小組，致力于研究磁性絕緣體Ba2CoSi2O6Cl2中發(fā)生的磁激發(fā)特征，進行了中子散射實驗，其中中子束以不同的能量和角度發(fā)射到Ba2CoSi2O6Cl2晶體上，以確定晶體的性質(zhì)?；谶@些實驗的結(jié)果，研究小組證明了磁振子結(jié)晶發(fā)生在Ba2CoSi2O6Cl2中，并從量子力學的角度，將這種有序狀態(tài)的起源，歸因于材料中的基本電子相互作用。

直到目前，關于磁振子結(jié)晶的實驗研究一直局限于Shastry-Sutherland化合物SrCu2(BO3)2，而這項研究是試圖在不同材料中研究這一迷人的量子現(xiàn)象。了解磁振子的有序及其對晶體微觀和宏觀磁性能的影響，可以為研究人員提供有價值的洞察力，以便將凝聚態(tài)物理與量子力學原理聯(lián)系起來。這項研究表明，高度受挫的量子磁體為相互作用的量子粒子提供了游樂場。但還需要進一步的研究來進一步了解Ba2CoSi2O6Cl2系統(tǒng)，并在量子力學及其潛在應用中獲得更深的立足點。

博科園｜研究/來自：東京工業(yè)大學

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.027206

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