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由釔原子制成的磁鐵僅比絕對零溫度高十億分之一度。了解它是如何工作的，可以幫助物理學(xué)家制造高溫超導(dǎo)體有所幫助。

一種新型量子磁鐵是由原子制成的，原子溫度僅比絕對零度高十億分之一——物理學(xué)家不確定它的行為方式。

正則磁鐵排斥或吸引磁體取決于其中的電子處于“向上”還是“向下”的量子自旋狀態(tài)，其性質(zhì)類似于北極和南極在特定方向?qū)R。然而，這并不是唯一可以用來制造磁鐵的屬性。

德克薩斯州賴斯大學(xué)的Kaden Hazzard和他的同事使用ytterbium原子制作了一塊基于旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的磁鐵，該屬性有六個選項，每個選項都標有顏色。

研究人員將原子限制在一個小金屬和玻璃盒中的真空中，然后使用激光束冷卻它們。來自激光束的推力使最有活力的原子釋放出一些能量，從而降低了整體溫度，就像在一杯茶上吹氣一樣。

他們還使用激光將原子排列成不同配置，以產(chǎn)生磁鐵。有些是一維的，像電線，另一些是二維的，像薄薄的材料，或者三維的，像一塊水晶。

排列成線條和片狀的原子達到約1.2納開爾文，比星際空間冷20多億倍。對于處于三維排列的原子，情況非常復(fù)雜，以至于研究人員仍在尋找測量溫度的最佳方法。

實驗中的原子屬于一個更大的群，稱為費米子，是“宇宙中最冷的費米子”。

物理學(xué)家長期以來一直對原子如何在這樣的外來磁鐵中相互作用感興趣，因為他們懷疑類似的相互作用發(fā)生在高溫超導(dǎo)體中——這些材料完美地導(dǎo)電。通過更好地了解會發(fā)生什么，他們可以建造更好的超導(dǎo)體。

合著者Eduardo Ibarra-Garcнa-Padilla表示，對這種磁鐵進行了理論計算，但它們未能預(yù)測確切的顏色狀態(tài)模式或確切的磁性。他和他的同事在分析實驗時進行了一些迄今為止最好的計算，但仍然只能預(yù)測實驗中數(shù)千個原子中線中八個原子的顏色和片狀配置。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Victor Gurarie表示，這個實驗剛好冷，原子可以開始“關(guān)注”鄰居的量子顏色狀態(tài)，這種特性不會影響它們在溫暖時的相互作用。由于計算非常困難，類似的未來實驗可能是研究這些量子磁鐵的唯一方法。

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期刊參考：自然物理學(xué)，DOI：10.1038/s41567-022-01725-6