(资料图片仅供参考)
科技日报实习记者 张佳欣
一个国际研究小组将一种特殊材料冷却到接近绝对零度后发现，该材料中原子的一个核心性质——它们的排列，并没有像往常那样“冻结”，而是保持在“液体”状态，类似于水无论多冷都不会结冰。这种新的量子材料可作为模型系统，开发新型高灵敏度的量子传感器。
日本东京大学固体物理研究所、美国约翰斯·霍普金斯大学、德国马克斯·普朗克复杂系统物理研究所（MPI-PKS）和德累斯顿—罗森多夫赫尔姆霍兹中心（HZDR）的研究小组在最近的《自然·物理学》杂志上发表了这一研究成果。
原则上， 磁体也可被视为量子材料，因为磁性是基于材料中电子的固有自旋。HZDR德累斯顿高场磁实验室（HLD）约亨·沃斯尼察教授解释说：“在某些方面，这些自 旋可表现得像液体。”随着温度的下降，这些无序的旋转会冻结，就像水冻结成冰一样。某些类型的磁体，如铁磁体，在它们的“冰点”以上是非磁性的，只有跌落 到该点以下时，它们才能成为永久磁铁。
该团队打 算创造一种量子状态，在这种状态下，与自旋相关的原子排列不会变得有序，即使在超低温下也是如此，类似于液体即使在极端寒冷的情况下也不会凝固。为了达到 这种状态，研究小组使用了一种特殊的材料——镨、锆和氧元素的化合物。他们假设，在这种材料中，晶格的特性将使电子自旋能以一种特殊的方式与原子周围的轨 道相互作用。
经过几次 尝试，该团队最终造出了足够纯净的晶体。在一种低温恒温器中，研究人员逐渐将样本冷却到20毫开尔文（零下273.13摄氏度）。他们记录了样品在冷却过 程和在磁场中的反应，以及晶体对直接通过它的超声波的反应。如果自旋是有序的，它应该会导致晶体行为的突然变化，比如长度的突然变化。结果发现，无论是长 度还是对超声波的反应都没有突然变化。
量子材料具有非凡的性质。例如，它们可在低温下完全无损耗地导电。通常，即使温度、压力或电压的微小变化也会极大地改变量子材料的行为。
研究结论是，自旋和轨道的显著相互作用阻碍了有序化，这就是为什么原子保持在它们的液体量子状态。这是第一次观察到这样的量子状态，对磁场的进一步研究证实了这一假设。研究人员表示，有朝一日，人们或许能够利用这种新的量子态来开发高灵敏度的量子传感器。