量子材料到达了前所未有的地步

赖斯大学的物理学家齐苗斯于十多年前开始绘制量子临界图,他终于找到了一个可以穿越最终边界的旅行者。

旅行者是铈钯和铝的合金,Si的理论物理学家,赖斯量子材料中心(RCQM)主任,中国研究人员本周在线发表在《自然物理学》上的一项研究中描述了这种旅行者的旅程,德国和日本。

Si的图是一个称为相图的图,凝聚的物理学家经常使用该工具来解释物质改变相时发生的情况,例如当固态的冰块融化成液态水时。

硅图上的区域是电子遵循不同规则集的区域,该论文描述了研究人员如何利用合金中原子的几何排列以及各种压力和磁场来改变合金的路径并将其带入一个区域物理学家只能推测关于电子行为的规则。

Si表示,这是每个人真正想要访问的路线图的一角或一部分,指向相图的左上角,在垂直轴上标有G,“这使整个社区付出了巨大的努力。大量的努力来寻找具有几何挫折特征的候选材料,这是实现如此大的G的一种方法。”

挫败感源于合金中铈原子在一系列等边三角形中的排列。kagome晶格排列之所以如此命名,是因为其与传统的日本kagome篮子中的图案相似,三角形排列确保了自旋(电子的磁态)无法像在某些条件下正常排列一样。这种挫败感提供了一个实验杠杆,Si和他的合作者可以用它来探索相图的新区域,在该区域中,两个经过充分研究和理解的状态之间的边界-一个以电子自旋的有序排列为标志,另一个以无序-发散。

Si,Harry C.和Olga K. Wiess教授说:“如果从上,下,上下排列的自旋开始,形成有序的反铁磁模式,则有多种方法可以软化这种自旋的硬模式。”在莱斯的物理与天文学系。“一种方法是通过耦合到导电电子的背景,并且当您改变条件以增强这种耦合时,自旋变得越来越混乱。当扰乱强度足够大时,有序模式就会被破坏,最终得到一个无序相,顺磁相。”

物理学家可以在相图上画一条从有序到无序的旅程。在上面的示例中,该线将从反铁磁相位标记为“ AF”的区域开始,并跨一个边界继续进入相邻区域,标记为顺磁为“ P”。跨界是“量子临界点”,数十亿亿个电子一致行动,调整其姿态以符合他们刚刚进入的体制的规则。

Si是量子临界性的主要支持者,该理论框架旨在描述和预测与这些临界点和相变有关的量子材料的行为。

他说:“几何上的挫败是为了扩大自旋顺序变得越来越脆弱的过程,从而不再仅仅是系统在无序状态中通过的一点。”“实际上,这一点被分为一个单独的区域,在每一侧都有明显的边界。”

司说,该团队包括来自德国德累斯顿马克斯·普朗克固体化学物理研究所的合作通讯作者和RCQM合伙人弗兰克·斯特格利奇和位于北京的中国科学院孙培杰,进行了提供证据证明铈的实验。钯铝合金经历了两次过境。

物理学家进行了无数实验,以观察各种材料在合金开始其有序运动和结束无序相时的行为,但Si表示,这是第一个通过该方法实现介入阶段的实验。高度的几何挫折感。

他说,通过合金描述该金属行为的传统理论无法解释该合金通过该区域时的电子性能,这意味着该合金在神秘领域中表现为“奇怪的”金属。

他说:“该系统起到了一种自旋液体的作用,尽管它是金属的。”

Si说,结果表明,几何挫折可以用作产生奇怪金属的设计原理。

他说:“这很重要,因为奇异金属中异常的电子激发也是其他强相关量子材料(包括大多数高温超导体)的潜在奇异特性。”