浙大科学家发现一类新的量子现象 有望推动量子物质领域研究发展

发布时间:2020-03-06来源:浙江资讯客户端编辑:曾福泉 柯溢能 吴雅兰 卢绍庆0

《自然》杂志3月5日在线发表了437437必赢注册关联物质研究中心、浙大物理系袁辉球教授团队最新研究成果:首次在纯净的重费米子化合物 CeRh6Ge4中发现铁磁量子临界点,并观察到奇异金属行为。

这一原创性发现改变了人们普遍认为铁磁量子临界点不存在的观念,将奇异金属行为拓展到铁磁材料体系。专家表示,这项基础研究有望推动量子相变和超导等量子科学领域的发展。

论文审稿人一致评价:在纯净的重费米子材料中观察到铁磁量子临界点和奇异金属行为是一项重要的实验发现,这为研究量子相变开辟了一个新的方向,有助于揭示奇异金属行为的共同起源。

相变用来描述物质状态的变化,如水加热变成水蒸气,或者降温结成冰,这些都是相变。在神秘莫测的量子世界,同样存在量子相变——在近乎“死寂”的绝对零度环境中,量子涨落可以诱导一些全新的量子态和量子相变,如大家比较熟悉的零电阻超导就是一种宏观量子现象。

近几十年,量子相变一直是凝聚态物理研究的一个重要前沿领域,人们在不同的材料体系中都观察到了量子相变。袁辉球先容,在各种类型的量子相变中,磁性量子相变受到更广泛的关注。铁磁体与反铁磁体像一对性格迥异的双胞胎,是被研究得最多的磁性材料。人们已经在许多关联电子材料体系中观察到反铁磁量子临界点。然而,铁磁量子临界点的存在长期缺乏确凿的证据。“揭示量子相变的普适性,完善量子相变理论,探索量子临界点附近的新颖量子态仍是当前的重要课题。”袁辉球说。


过近10年的摸索,袁辉球团队在尝试了多种材料体系后,终于在重费米子材料CeRh6Ge4中取得重大突破。他们通过不断优化样品制备条件,合成了高质量的单晶样品,再通过压力的调控,发现该体系中存在铁磁量子临界点。这是首次在一个纯净的铁磁材料体系中发现量子临界点存在的确凿实验证据。研究团队还观察到了与高温超导体相似的奇异金属行为。这些实验发现为研究铁磁量子相变,揭示长期困惑人们的奇异金属行为开辟了新的方向。

袁辉球说,这种奇异金属行为先前出现在铜基高温超导体和部分反铁磁重费米子化合物的量子临界点,是困惑物理界的一大难题。现在,在铁磁量子临界点附近也观察到了类似的奇异金属行为,说明这可能是一种普遍的量子现象。据了解,量子临界点附近的奇异金属行为与超导紧密相关,理解好正常态的奇异金属行为,也将有助于认识高温超导等非常规超导的形成机理。

“寻找合适的材料体系、制备出高品质单晶样品、在极端条件下开展物性测量都非常具有挑战性。”袁辉球说,项目研究不但周期长,而且费用高。在重重困难面前,袁辉球带领团队没有退缩,他说:“我常常鼓励团队成员要能静下心来,坐坐冷板凳,不要被科研领域的‘时髦风’刮着跑,要坚持做自己看准的科知识题。”

袁辉球说,重费米子体系具有丰富的物理内涵,表现出奇特的量子现象,是研究演生量子态和量子相变的理想材料体系。重费米子研究对材料和实验条件要求苛刻,但也会不时给学界带来惊喜。据了解,袁辉球目前正承担国家重点研发项目“重费米子体系中的演生量子态及其调控”的研究,该项目整合了国内重费米子研究的主要力量,提升了我国重费米子研究的国际影响力。


浙江资讯客户端2020年3月5日


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