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在高於絕對零度(或大約-452華氏度)的幾分之一的溫度下,加上高強度磁場的影響,氯化釕晶體進入自旋液體狀態。
研究生Peter Czajka和博士生Tong Gao將三個高度敏感的溫度計連接到放置在一個保持在接近絕對零度開爾文溫度的“浴池”中的晶體。然後,他們將磁場和少量的熱量施加到一個晶體邊緣,以測量其熱導率,這是一個表示其傳導熱流的程度的數值。如果有自旋子存在,它們會在熱導率與磁場的關系圖中以振蕩模式出現。
他們正在尋找的振蕩信號是異常微小的,隻有幾百分之一的變化,因此測量需要對樣品溫度進行非常精確的控制,並在強磁場中對溫度計進行仔細校準。
該團隊使用瞭現有的最純凈的晶體,這些晶體是在美國能源部橡樹嶺國傢實驗室(ORNL)生長的,由田納西大學諾克斯維爾分校的材料科學教授David Mandrus和ORNL中子散射部的企業研究員Stephen Nagler領導,ORNL團隊對氯化釕的量子自旋液體特性進行瞭廣泛的研究。
在近三年進行的一系列實驗中,Czajka和Gao以越來越高的分辨率檢測到瞭與自旋子一致的溫度振蕩,從而提供瞭電子由兩個粒子組成的證據,與安德森的預測一致。
"人們四十年來一直在尋找這一特征,如果這一發現和自旋子的解釋得到驗證,它將大大推動量子自旋液體領域的發展。從純粹的實驗方面來看,"Czajka說,"看到實際上打破瞭你在初級物理課上學到的規則的結果是令人興奮的。"
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