在加州大學聖塔芭芭拉分校材料科學家史蒂芬威爾森的實驗室中，研究人員正在研究異常物質狀態背後的物理學，同時設計能夠支援未來量子技術有用特性的材料。
在發表於的研究中 天然材質威爾森的團隊描述了一種新方法，利用材料中一種稱為長程有序煩躁性的現象來創造非常規的磁態。這些狀態最終可能會對量子技術產生影響。威爾遜強調，這項工作的重點是基礎科學而不是直接應用。 “這是旨在回答基本問題的基礎科學。目的是探索未來設備的物理可能性。”
他們的教育被稱為“三角形反鐵磁晶格中插層鍵的挫敗”，研究了這些系統中如何發生各種形式的挫敗。一種重要的類型是幾何難度。當材料中的磁矩無法排列成單一穩定的形式時，就會發生這種情況。而是保持波動的形式。
微小的原子磁鐵和前衛的幾何形狀
威爾遜用一個簡單的類比來解釋磁性。 「你可以把磁鐵想像成晶格中原子周圍的小條磁鐵，」他說。這些微小的磁鐵稱為磁偶極矩。取決於材料的結構它們彼此相互作用並以減少能量的方式組織自身，或者換句話說，達到基態。基態代表系統的最低可能能量配置。而在絕對零度下所有系統都會存在這種狀態。
威爾森繼續說：「如果這些磁矩以一種要求它們彼此平行的方式相互作用，我們將在原子的方形排列中稱之為反鐵磁」。這個反應很容易進行。每個磁矩都可以與其相鄰磁矩指向相反的方向。創造一個穩定的結構
然而，當原子形成三角形時，情況就改變了。在這個幾何結構中，每個磁矩不可能同時指向其所有鄰居的相反方向。正如威爾森所解釋的那樣，各個時期開始相互競爭，他們感到非常沮喪，因為晶格的形狀阻止他們實現盡可能低的功率管理。該系統試圖達到平衡，但由於其所佔據的結構而無法完全做到這一點。
鍵煩躁性和電子共享
類似的煩躁也可能發生在電子的其他方面。相反，它涉及磁鐵。它可以由電子電荷形成。當兩個相鄰的離子試圖透過鍵合共享電子。它們可能形成科學家所說的原子二聚體。
正如在某些晶格結構中磁相互作用會受到刺激一樣，這些衰減器也可能面臨其幾何形狀的限制，例如三角晶格或蜂窩晶格。結果可能是一個本身就受到刺激的債券網絡。這樣的網路通常對壓力非常敏感。使用壓力可以緩解依戀模式中的一些挫折感。
威爾遜的研究重點是一種非常罕見的材料。兩種不滿同時存在。磁刺激性和鍵刺激性同時出現在同一結構中。
兩個系統的連線失敗
威爾遜解釋說，這一發現“令人興奮”，因為它開闢了通過影響另一個系統來控制一個被激怒的系統的可能途徑。在過去的六、七年裡，科學家已經學會如何使用鑭系元素三角晶格製成的材料來創建弦磁態。這是在周期表底行中找到的一組元素。
威爾森說：「原則上，正確選擇的鑭系元素矩的三角晶格網絡可以產生特殊的本質上無序的量子態。」團隊的目標是建立在這個想法的基礎上。 “我們在這個項目中嘗試做的事情之一就是通過將奇異態嵌入到晶格中，從而引起額外的鍵刺激，使奇異態發揮作用。”
研究人員知道，量子無序磁場可以採取多種形式。其中一些狀態可能支援旋轉過程中的長距離糾纏。這是量子資訊科學的核心概念。威爾遜解釋說，“一些狀態可以處理長距離自旋。這在量子信息領域很有趣。通過在緊張的鍵網絡中施加張力來控制這些狀態將是令人興奮的。”
走向控制量子態
當兩個受到刺激的系統在一起並且對壓力或磁場等擾動高度敏感時。一個重要的問題出現了。科學家想知道這兩個系統是否可以相互影響。如果在某些條件下訂購一層，它也會影響另一層。
「這是一種向沒有反應的事物傳達功能或反應的方式，」威爾遜解釋道。我們能夠產生大的鐵反應。你可以使用一點壓力。它會產生磁序列或您可以施加輕微的磁場並導致結構變化。
「原則上，如果你能找到一種量子無序基態，導致遠距離糾纏，那麼問題就變成你是否也能訪問這種糾纏，例如連接到另一層，例如鍵的破壞。”
威爾遜也對這種方法是否可以導致多種類型的序列同時發生感興趣。 「基本上你可以有不同的成核序列，因為它們靠近這兩個晶格，」他說。 “這就是大局想法。”
