量子震撼！科學家首度在金屬晶體中發現一維磁性

科學家在一種名為Ti₄MnBi₂的金屬化合物中，發現了罕見的一維量子磁性現象，這項突破性發現為量子材料研究開啟全新篇章。與過去發現的絕緣體材料不同，這種金屬系統展現出磁性與導電性之間的強烈互動作用，為量子運算和自旋電子學帶來前所未有的可能性。

這項由英屬哥倫比亞大學Blusson量子物質研究所（UBC Blusson QMI）團隊主導的研究，透過中子散射實驗與先進模擬技術，首次證實了這種理論上預測已久的物質狀態。研究成果已於4月8日刊登在《自然材料》期刊，正值全球對兼具磁性、導電性與量子相干性的新型材料研究熱潮之際。

「我們證實了一類全新的量子材料，它們不僅具有金屬特性，還展現出一維磁性，且磁性與金屬主體之間存在強烈耦合。」UBC Blusson QMI研究員Meigan Aronson教授強調這項發現的獨特性。

研究團隊運用中子散射測量技術，結合密度矩陣重整化群（DMRG）與電子結構計算，證實Ti₄MnBi₂實現了一種特殊的物理模型。這種材料中的自旋鏈相互作用呈現高度受挫狀態，導致僅在絕對零度時才會出現的有序相。

值得注意的是，Ti₄MnBi₂是繼Yb₂Pt₂Pb之後，第二種被確認具有一維磁性的金屬系統，更是首個磁性與金屬主體強烈糾纏的案例。這項發現填補了傳統磁性絕緣體與複雜電子系統之間的研究空白。

研究團隊耗費大量心力，成功培育出100多批高品質單晶，並將400多個晶體精確排列以進行中子散射實驗。這項突破性工作為開發高密度、高速的獨特磁性記憶體奠定了基礎，也為量子類比模擬提供了理想的測試平臺。

這項跨領域研究匯集了UBC Blusson QMI頂尖團隊的專業知識，包括實驗物理學家Xiyang Li博士、Mohamed Oudah博士，以及理論建模專家Alberto Nocera博士、Kateryna Foyevtsova博士等。關鍵的中子散射實驗則在日本J-PARC設施完成。

「我們的研究成果開啟了探索新型量子材料系統的大門，這些材料在未來量子科技領域將有令人振奮的應用前景。」論文第一作者Xiyang Li博士充滿信心地表示。