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美国能源部布鲁克海文国家实验室物理学家发现了一种名为“半冰半火”的物质新相态，填补了凝聚态物理学的认知空白。这一发现或将推动量子计算和自旋电子学技术的革新，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，发现了一种名为“半冰半火”的物质新相态，并用数学模型成功阐释。这一发现填补了凝聚态物理学的认知空白，或将推动量子计算和自旋电子学技术的革新。相关研究成果已发表于《物理评论快报》。

这种新发现的相态是电子自旋的一种全新模式，由有序的“冷”自旋和无序的“热”自旋组合而成，形象地被称为“半冰半火”。

“半冰半火”之所以备受瞩目，不仅在于其前所未见的观测结果，更在于它能在有限温度下迅速切换材料内部相态，这一特性具有重大意义。

研究人员指出，发现和理解具有奇异物理性质的新状态及其转变，是凝聚态物理和材料科学领域的关键问题。这一发现无疑为该领域带来了新的突破。

研究始于2012年，当时研究人员正在探索锶铜铱氧化物。2016年，他们首次观测到“半火半冰”的奇异相态：铜原子上的自旋无序跳跃，而铱原子的自旋则稳定冷却。这一发现挑战了传统理论。

传统理论认为，这种相态在有限温度下无法存在。但研究人员通过建立新数学模型，发现量子隧穿效应在超窄温度区间内发挥了“桥梁”作用，使得看似不可能的相态转变成为可能。

此外，“半冰半火”相态实质上是“半火半冰”的孪生状态，其热自旋和冷自旋位置发生了切换。这一发现为未来的技术应用提供了新思路。

模型显示，相态切换发生在超窄温度范围内。研究人员提出了利用这一现象的方法，如“半火半冰”提供的超锐相切换可用于制冷技术，也可作为新型量子信息存储技术的基础。

（文章来源：科技日报）