「冰火共存」新物質態問世 量子運算技術有望突破

美國政府科學家近期發現一種被暱稱為「半冰半火」的全新物質態，這種特殊磁體能將電子自旋的對立狀態巧妙結合。這項突破性發現不僅為物理學開拓新視野，更可能推動量子運算等尖端技術的發展。

研究團隊解釋，這種奇特物質態同時包含兩種電子自旋狀態：高度有序的「上自旋」被稱為冷迴圈，而高度混亂的「下自旋」則被稱為熱迴圈。這種冰火共存的特性，讓它獲得「半冰半火」的稱號。

該研究由布魯克海文國家實驗室的物理學家尹衛國（Weiguo Yin）與阿列克謝·茨維利克（Alexei Tsvelik）主導，他們早在2016年就發現了與之相對的「半火半冰」狀態。尹衛國表示：「這項發現之所以重要，不僅在於其新穎性，更因為它能在合理溫度範圍內實現精準的相變切換。」

研究團隊最初是在研究一種稱為亞鐵磁體（ferrimagnet）的材料時意外發現此現象。這種名為Sr3CuIrO6的化合物由鍶、銅、銥和氧組成，正是當初發現「半火半冰」狀態的同一材料。茨維利克坦言：「雖然這是令人振奮的發現，但當時我們還不清楚如何實際應用這種狀態。」

最新研究突破在於，團隊發現「半火半冰」狀態其實存在一個隱藏的對應態，其中熱自旋與冷自旋的位置會互換。更關鍵的是，他們成功找出相變發生的極窄溫度區間，這項特性在商業應用上極具潛力。

尹衛國興奮地指出：「這種超精準相變特性可望推動製冷技術革新，甚至可能發展出全新的量子資訊儲存方式。」研究團隊已將這項成果發表於2024年12月的《物理評論快報》，為材料科學與量子技術開闢嶄新研究方向。

茨維利克補充道：「這項發現為理解與控制特定材料的相變過程開啟了新大門。」隨著後續研究持續推進，「冰火共存」的奧秘將為人類科技發展帶來更多驚喜。