圖片來源：PéterSzirmai

1973年，物理學家以及後來的諾貝爾獎獲得者菲利普·安德森（Philip W. Anderson）提出了一種奇異的物質狀态：量子自旋液體（QSL）。與我們所知道的日常液體不同，QSL實際上與磁性有關，而磁性與自旋有關。

無序電子自旋産生QSL

是什麼使磁鐵？這是一個長期的謎，但是今天我們終于知道，磁性是由亞原子粒子（例如電子）的特殊性質引起的。該屬性稱為“旋轉”，而最好的方法（但嚴重不足）認為它就像孩子的旋轉玩具。

對磁性很重要的是，自旋将材料數十億個電子中的每個電子轉變成一個具有自己的磁“方向”（想像一下磁體的南極和北極）的微小磁體。但是電子自旋不是孤立的。它們以不同的方式相互作用，直到它們穩定形成各種磁态，從而賦予它們屬于磁性的材料。

在常規磁體中，相互作用的自旋穩定，并且每個電子的磁方向對齊。這導緻穩定的形成。

但是在所謂的“受挫”磁體中，電子自旋無法在相同方向上穩定。取而代之的是，它們像液體一樣不斷波動，因此得名“量子自旋液體”。

未來技術中的量子自旋液體

QSL令人興奮的是，它們可用于許多應用程序中。由于QSL具有不同的特性，因此它們可以用于量子計算，電信，超導體，自旋電子學（自旋電子學（使用電子自旋而不是電流的電子學變體））以及許多其他基于量子的技術。

但是在利用它們之前，我們首先必須對QSL狀态有深入的了解。為此，科學家必須找到按需生産QSL的方法-迄今為止，這一任務已被證明非常困難，隻有少數材料可以作為QSL的候選物。

複雜的材料可能會解決複雜的問題

由PéterSzirmai和BálintNáfrádi領導的科學家在PNAS上發表，他們由EPFL基礎科學學院的LaszlóForró實驗室進行了成功的生産和研究，它是由一種非常原始的材料EDT-BCO制成的。該系統是由昂熱大學（CNRS）的Patrick Batail小組設計和合成的。

EDT-BCO的結構使創建QSL成為可能。EDT-BCO中的電子自旋形成三角形組織的二聚體，每個二聚體具有自旋1/2磁矩，這意味着電子必須完全旋轉兩次才能返回其初始構型。自旋1/2二聚體的層被以手性雙環辛烷為中心的羧酸根陰離子的亞晶格隔開。陰離子被稱為“轉子”，因為它們具有構象和旋轉自由度。

磁系統中獨特的轉子組件使該材料成為QSL候選材料中的特殊材料，代表了一種新的材料系列。Szirmai說：“轉子部件引起的微妙紊亂為旋轉系統引入了新的處理方式。”

科學家及其合作者采用了多種方法來探索EDT-BCO作為QSL的候選材料：密度泛函理論計算，高頻電子自旋共振測量（Forró實驗室的商标），核磁共振和μ子自旋光譜。所有這些技術都從不同角度探讨了EDT-BCO的磁性。

所有技術均證實了遠距離磁序的缺乏和QSL的出現。簡而言之，EDT-BCO正式加入了QSL材料的有限行列，使我們進一步邁入了下一代技術。正如巴林特·納弗拉迪（BálintNáfrádi）所說：“除了出色地展示了QSL國家之外，我們的工作也非常相關，因為它提供了一種通過定制設計的功能轉子分子獲得其他QSL材料的工具。”

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