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科技日報記者?張夢然
在物理學(xué)中，薛定諤貓寓意了量子力學(xué)中兩種最令人“敬畏”的效應(yīng)：糾纏和疊加。德國德累斯頓大學(xué)和慕尼黑大學(xué)研究人員現(xiàn)已在較大的范圍內(nèi)觀察到這些現(xiàn)象。
已知具有磁性等特性的材料具有所謂的域（島），其中材料特性均勻地屬于一種或多種類型（例如，想象它們是黑色或白色）。在最新一期《自然》雜志上，物理學(xué)家報告稱在氟化鈥鋰（LiHoF4）中發(fā)現(xiàn)了一種全新相變，在該相變中，域出人意料地表現(xiàn)出量子力學(xué)特征，導(dǎo)致它們的性質(zhì)變得糾纏在一起（同時是黑色和白色）。
研究人員表示，著名的薛定諤貓現(xiàn)在有了“新皮毛”，因為他們在LiHoF4中發(fā)現(xiàn)了一個新的量子相變，這種相變是以前不知道的。
通常，量子力學(xué)定律只適用于微觀粒子，而團隊此次成功地觀察到了更大規(guī)模的量子糾纏效應(yīng)，即數(shù)千個原子。在非常低的溫度下，LiHoF4充當(dāng)鐵磁體，其中所有磁矩自發(fā)指向同一方向。如果施加一個與首選磁方向完全垂直的磁場，磁矩將改變方向，這就是所謂的波動。磁場強度越高，這些波動就越強，直到最終鐵磁性在量子相變處完全消失。這導(dǎo)致相鄰磁矩的糾纏。
帶有量子毛皮的薛定諤貓：在材料LiHoF4中，德累斯頓大學(xué)和慕尼黑大學(xué)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的量子相變，在該相變中，域以量子力學(xué)方式表現(xiàn)。圖源：C. HOHMANN/慕尼黑量子科技中心
研究人員此次觀察了改變磁場的方向時會發(fā)生什么。他們發(fā)現(xiàn)，量子相變繼續(xù)發(fā)生，而以前認(rèn)為即使是最小的磁場傾斜也會立即抑制它。然而，在這些條件下，經(jīng)歷 這些量子相變的不是單個磁矩，而是廣泛的磁區(qū)，即所謂的鐵磁疇。磁疇構(gòu)成指向同一方向的整個磁矩島。研究人員使用球形樣品進行精密測量。這使他們能精確研 究磁場方向微小變化時的行為。
研究人員解釋說，他們發(fā)現(xiàn)了一種全新類型的量子相變，其中糾纏發(fā)生在數(shù)千個原子的規(guī)模上，而不僅僅是在幾個原子的縮影中。如果將磁疇想象成黑白圖案，那么新的相變會導(dǎo)致白色或黑色區(qū)域變得無限小，即形成量子圖案。
研究人員稱，新量子相變的發(fā)現(xiàn)對于研究材料中的量子現(xiàn)象以及新應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)和參考框架價值。