圖片來源於:Sciencealert
在一種複雜的磁性粒子排列上進行的實驗已經確定了一種全新的物質狀態，只有當科學家轉向量子物理學時，才能解釋這一現象。
研究背後的雜亂結構顯示出了一些奇怪的特性，可以讓我們研究奇異粒子的混沌——如果研究人員能在那裡找到秩序，它可以幫助我們更詳細地瞭解這些粒子，為量子技術打開一個全新的領域。
來自美國的物理學家們對一種叫做“自旋冰”的奇怪物質的幾何排列進行了研究。
就像普通的水冰一樣，當溫度下降時，構成自旋冰的粒子就會把自己變成幾何圖形。
有很多化合物可以用來製造這種材料，但是它們都有相同的量子特性——它們各自的磁旋“自旋”在粒子之間相互指向，形成複雜的結構。
所以，與水冰中可預測的晶體模式不同，在特定條件下，構成自旋冰的納米級磁性粒子在某些條件下會顯得無序和混亂，反覆地來回翻轉。
研究人員將注意力集中在一種叫振動幾何的結構上，並測量了它的磁場變化是如何隨著溫度變化而波動的。
物質的狀態通常被分解成固體、液體和氣體等類別。我們從一個基本的層面上講，物質的體積和流動性隨溫度和壓力的變化而變化。
但是還有另一種方法來考慮物質的狀態——通過考慮粒子在能量增加或失去能量時，粒子排列方式發生巨大變化的點。
例如，水的凍結是一個如此巨大的變化——當純淨的水被冷卻到0攝氏度（32華氏度）時，它的分子失去了保持自由所需的能量，並採用了另一種穩定的結構。
當研究人員緩慢地將旋轉冰的溫度降至夏克提幾何的時候，他們就能產生類似的行為，這種行為從未在其他形式的旋轉冰中出現過。
利用一種叫做光發射電子顯微鏡的過程，研究小組可以根據他們的電子發射光的方式，對模式的變化進行成像。
他們注意到在溫度持續下降的情況下，特定的安排仍然存在。
目前在耶魯大學的高級研究員彼得希弗說：“這個系統被困在一種無法重新排列的方式，即使大規模的重新排列會使它下降到一個更低的能量狀態。”
這樣的“癥結”是物質狀態的標誌，而這種狀態在旋轉冰的瘋狂中是不可能出現的。
大多數物質的狀態可以用經典的熱力學模型來描述，在交換熱能時，抖動的粒子克服束縛力。
在這種情況下，沒有明確的模型描述在能量變化與材料的穩定排列之間的平衡。
因此，研究小組應用了量子觸覺，觀察粒子之間的糾纏是如何形成一個特定的拓撲結構，或者是在一個不斷變化的空間內的模式。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家克里斯蒂亞尼索利說：“我們的研究首次表明，人造自旋冰這樣的經典系統可以被設計來演示拓撲有序的階段，而這些階段以前只在量子條件下被發現。”
十年前，類似磁單極子的準粒子在另一種自旋冰中被觀察到，也指出了一種奇怪的相變。
在我們尋找新的物質時，準粒子正在成為一件大事，它們的行為方式很奇怪，但卻很有用，因為它們在量子計算中有一定的用處。因此，有更好的模型來理解這一量子景觀無疑將會很有用。
這項研究發表在《自然》雜誌上。
本文譯自：Sciencealert 譯者：劉裕嶸
觀看我們的文章,不如關注我們,這樣你能瞭解到我們最新的看點及內容,手指只需輕輕一點無需佔用您更多的時間!
閱讀更多 享信課堂 的文章
