超纳米微分子聚合物（量子自旋液体的新候选材料）

图片来源：PéterSzirmai

1973年，物理学家以及后来的诺贝尔奖获得者菲利普·安德森（Philip W. Anderson）提出了一种奇异的物质状态：量子自旋液体（QSL）。与我们所知道的日常液体不同，QSL实际上与磁性有关，而磁性与自旋有关。

无序电子自旋产生QSL

是什么使磁铁？这是一个长期的谜，但是今天我们终于知道，磁性是由亚原子粒子（例如电子）的特殊性质引起的。该属性称为“旋转”，而最好的方法（但严重不足）认为它就像孩子的旋转玩具。

对磁性很重要的是，自旋将材料数十亿个电子中的每个电子转变成一个具有自己的磁“方向”（想像一下磁体的南极和北极）的微小磁体。但是电子自旋不是孤立的。它们以不同的方式相互作用，直到它们稳定形成各种磁态，从而赋予它们属于磁性的材料。

在常规磁体中，相互作用的自旋稳定，并且每个电子的磁方向对齐。这导致稳定的形成。

但是在所谓的“受挫”磁体中，电子自旋无法在相同方向上稳定。取而代之的是，它们像液体一样不断波动，因此得名“量子自旋液体”。

未来技术中的量子自旋液体

QSL令人兴奋的是，它们可用于许多应用程序中。由于QSL具有不同的特性，因此它们可以用于量子计算，电信，超导体，自旋电子学（自旋电子学（使用电子自旋而不是电流的电子学变体））以及许多其他基于量子的技术。

但是在利用它们之前，我们首先必须对QSL状态有深入的了解。为此，科学家必须找到按需生产QSL的方法-迄今为止，这一任务已被证明非常困难，只有少数材料可以作为QSL的候选物。

复杂的材料可能会解决复杂的问题

由PéterSzirmai和BálintNáfrádi领导的科学家在PNAS上发表，他们由EPFL基础科学学院的LaszlóForró实验室进行了成功的生产和研究，它是由一种非常原始的材料EDT-BCO制成的。该系统是由昂热大学（CNRS）的Patrick Batail小组设计和合成的。

EDT-BCO的结构使创建QSL成为可能。EDT-BCO中的电子自旋形成三角形组织的二聚体，每个二聚体具有自旋1/2磁矩，这意味着电子必须完全旋转两次才能返回其初始构型。自旋1/2二聚体的层被以手性双环辛烷为中心的羧酸根阴离子的亚晶格隔开。阴离子被称为“转子”，因为它们具有构象和旋转自由度。

磁系统中独特的转子组件使该材料成为QSL候选材料中的特殊材料，代表了一种新的材料系列。Szirmai说：“转子部件引起的微妙紊乱为旋转系统引入了新的处理方式。”

科学家及其合作者采用了多种方法来探索EDT-BCO作为QSL的候选材料：密度泛函理论计算，高频电子自旋共振测量（Forró实验室的商标），核磁共振和μ子自旋光谱。所有这些技术都从不同角度探讨了EDT-BCO的磁性。

所有技术均证实了远距离磁序的缺乏和QSL的出现。简而言之，EDT-BCO正式加入了QSL材料的有限行列，使我们进一步迈入了下一代技术。正如巴林特·纳弗拉迪（BálintNáfrádi）所说：“除了出色地展示了QSL国家之外，我们的工作也非常相关，因为它提供了一种通过定制设计的功能转子分子获得其他QSL材料的工具。”