金属中的一维磁性可能导致发现一种新的精英级量子材料。

到目前为止，科学家们只知道存在表现出一维磁性的绝缘体。然而，一组研究人员在Ti₄MnBi₂中观察到了独特的一维磁性。

“我们证明了一种新型量子材料的存在，它既是金属又是一维磁体，磁矩和它们的金属宿主之间有很强的耦合，”研究人员之一、布卢森量子物质研究所的教授Meigan Aronson说。

这些发现也为相空间的存在提供了证据 —— 相空间是物理学中用来描述系统所有可能状态的概念。这就像一张地图，其中每个点代表系统变量的独特组合，如位置和动量。

金属的一维磁性

Ti₄MnBi₂是唯一已知的具有一维磁性的第二种金属材料（另一种称为Yb₂Pt₂Pb）。它也是第一种磁性与其金属性质紧密相连的材料，这使它真正独一无二。

研究人员研究了Ti₄MnBi₂中的自旋链。自旋链就像一系列微小的磁铁，它们可以很容易地相互影响。他们利用中子散射和先进的计算机模拟，发现Ti₄MnBi₂是一种罕见的材料，与一种特殊的模型相匹配。

当涉及到3D材料时，它们在低温下形成有序的结构。然而，像Ti₄MnBi₂这样的系统是由量子涨落主导的，因此它们不会形成固定的结构。

在特殊模型中，Ti₄MnBi₂中的自旋不会形成简单的模式，因为它们的相互作用是“受挫的” —— 它们以一种阻止容易对齐的方式竞争。这就产生了只存在于绝对零度的复杂磁态，并证实了金属化合物的一维磁性。

“通过证明这种中间地带的存在，Ti₄MnBi₂向建立一个成熟的广泛量子景观迈出了重要的一步。我们已经证明的实验和计算理论之间的良好对应关系可能会成为量子模拟的基准，”Aronson解释说。

一扇通往新量子可能性的大门

这项研究的结果可能不仅仅是一个，而是许多广泛的影响。例如，中子散射数据可能有助于将现实世界的结果与量子纠缠的不同理论模型进行比较，量子纠缠是量子技术中的一个关键概念。

此外，像Ti₄MnBi₂这样的材料可以实现更快，更高效的存储设备，因为它们可以导致自旋电子学的进步，这是一种利用电子自旋来处理数据的技术。

该研究的作者之一、UBC Blusson QMI的科学家Alberto Nocera说：“我们的工作为量子模拟模拟背景下的量子优势演示提供了一个理想的试验台。它还为开发高密度和高速的独特磁存储器提供了有用的见解。”

研究人员已经生产了100批Ti₄MnBi₂晶体，另有400批正在生产中。它们将用于进一步的实验。

这项研究发表在《自然材料》杂志上。

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