研究人员在三角晶格莫特绝缘体中发现非常规电荷载流子

莫特绝缘体是一类特殊的材料，其结构理论上应该导电，但实际上是绝缘体。这些材料含有强相关电子，可以产生以非常规激发为标志的高度纠缠的多体态。

虽然许多物理学家认为莫特绝缘体的非常规激发只能在低温下观察到，但延世大学、罗格斯大学、韩国科学技术院和韩国其他机构的一个研究小组最近发现了这些非常规电荷载流子在室温下的特征。《自然物理学》的一篇论文概述了这些非常规载流子，它们是在具有三角形晶格结构的莫特绝缘体铽铟氧化物(TbInO3)中观察到的。

进行这项研究的两名研究人员JaeHoonKim教授和Eun-GookMoon教授告诉《Phys》杂志： 在磁性材料中，随着温度降低，电子自旋开始相互作用，最终形成有序态。 .org。 例如，在铁磁基态中，所有自旋都是彼此平行的，而在反铁磁基态中它们是反平行的。然而，在量子自旋液体中，由于宏观量子的原因，即使在极低的温度下，自旋仍然保持无序状态。他们之间的纠葛。

量子自旋液体是一种独特的物质相，由诺贝尔奖获得者菲利普 W 安德森(PhilipW.Anderson)于1973年首次提出理论，它本质上描述了一种没有磁序的类液体莫特绝缘体。由于它们被归类为莫特绝缘体，许多物理学家认为量子自旋液体不与外部电磁场相互作用，因此室温下的光学测量将无法检测到它们的非常规激发。

2010年代初，麻省理工学院帕特里克 李教授领导的研究小组提出，一类量子自旋液体可能间接 看到 外部电磁场，并进一步预测，在低频率下，其光导率将与频率的平方成正比。频率， Kim教授和Moon解释道。 尽管过去10年进行了大量努力，但仍未找到表现出这种特征的量子自旋液体候选材料。

作为最近研究的一部分，Kim、Moon和他们的同事着手挑战长期以来的观点，即奇异激发仅存在于低温下的莫特绝缘体中。为了实现这一目标，他们合作的一部分是在罗格斯大学Sang-WookCheong教授的实验室内，使用一种称为激光浮区生长的技术，生长出高质量的莫特绝缘体TbInO3单晶。

该团队特别选择了TbInO3，因为Cheong教授和他的同事之前的研究已经使用中子散射技术捕获了这种材料的独特特征，这表明它表现出量子自旋液体行为。研究人员在罗格斯大学培育出TbInO3样品后，在韩国延世大学使用太赫兹时域光谱技术对这些样品进行了分析。

在这些实验中，金教授和他在延世大学的团队观察到，即使在室温下，材料中的交流太赫兹电导率也与光频率的平方成正比。最后，韩国科学技术院的Eun-GookMoon教授设计了一系列理论解释来解释这些令人惊讶的实验观察结果。

金教授和穆恩说： 我们工作中最引人注目的发现是发现了由宏观数量的量子自旋组成的非常规电荷载流子。 与人们普遍认为绝缘体中不存在低能量载流子的观点相反，我们通过测量与光频率的平方成正比的光学电导率来证明载流子的存在。更令人惊讶的是，载流子甚至在室温下仍能存活并保持一致。

Kim教授、Moon教授、Cheong教授及其合作者通过实验证明，室温下莫特绝缘体中也可以找到非常规载流子。他们的工作很快就会为进一步的实验和理论物理研究铺平道路，这可以进一步阐明支撑他们的观察的物理学。

研究人员说： 一种可能的情况是，电荷载流子来自李教授提出的一类量子自旋液体。

金教授认为，量子自旋液体在宏观上具有高度纠缠态，并且这些态本质上嵌入其中。他的同事SoHe预计，对量子自旋液态背后的深刻物理原理的探索最终可能有助于实现即使在室温下也能运行的容错量子计算机。

研究人员补充说： 总的来说，我们计划将我们的研究扩展到其他氧化铟化合物，并寻找类似的效果。