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据美国能源部消息，物理学家发现了一种被称为“半冰半火”的物质新相态，并成功用数学模型对其进行了阐释。这一突破有望为量子计算和自旋电子学等领域带来巨大进步。相关研究成果已发表于《物理评论快报》。

　　据美国能源部布鲁克海文国家实验室官网25日消息，物理学家在研究亚铁磁材料的一维模型时，发现了一种被称为“半冰半火”的物质新相态，并成功用数学模型对其进行了阐释。这一科学突破填补了凝聚态物理学的认知空白，有望为量子计算和自旋电子学等领域带来革命性的进步。相关研究成果已发表于新一期的《物理评论快报》。

　　这一新发现的相态是电子自旋的一种前所未见的模式，每个电子都携带着微小的“向上”和“向下”的磁矩，它由高度有序的“冷”自旋和高度无序的“热”自旋组合而成，因此形象地被称为“半冰半火”。

　　“半冰半火”之所以备受瞩目，不仅因为它从未被观测到，更在于它能在合理的有限温度下，驱动材料内部相态之间实现极其迅速的切换，这一特性在量子计算和新型制冷技术等方面具有潜在的应用价值。

　　研究人员指出，发现具有奇异物理性质的新状态，并能够理解和控制这些状态之间的转变，一直是凝聚态物理和材料科学领域的核心问题。此次发现无疑为该领域的研究注入了新的活力。

　　这项研究始于2012年，当时研究人员正在对锶铜铱氧化物进行研究。直到2016年，他们首次观测到了“半火半冰”的奇异相态：铜原子上的自旋如同火苗般无序地跳跃，而铱原子的自旋则如寒冰般稳定地冷却。在同一材料、同一温度下，不同位置上的电子却仿佛置身于两个截然不同的世界。

　　早期的理论模型曾认为，这种相态在有限温度下根本无法存在。然而，最近的研究人员通过建立新的数学模型，揭示了量子隧穿效应在超窄温度区间内所起到的“桥梁”作用，使得看似不可能的相态转变成为了可能。

　　值得一提的是，新发现的“半冰半火”相态实际上是“半火半冰”的孪生状态。在“半火半冰”中，热自旋和冷自旋的位置发生了切换，即热自旋变冷、冷自旋变热，从而形成了“半冰半火”相态。

　　研究人员通过模型发现，相态之间的切换发生在超窄温度范围内。他们提出了未来可能利用这一现象的方法，例如利用“半火半冰”所提供的具有巨大磁熵变化的超锐相切换来开发新型制冷技术。此外，这一现象还可作为新型量子信息存储技术的基础，其中相态可充当比特。

（文章来源：科技日报）