图片来源于:Sciencealert
在一种复杂的磁性粒子排列上进行的实验已经确定了一种全新的物质状态，只有当科学家转向量子物理学时，才能解释这一现象。
研究背后的杂乱结构显示出了一些奇怪的特性，可以让我们研究奇异粒子的混沌——如果研究人员能在那里找到秩序，它可以帮助我们更详细地了解这些粒子，为量子技术打开一个全新的领域。
来自美国的物理学家们对一种叫做“自旋冰”的奇怪物质的几何排列进行了研究。
就像普通的水冰一样，当温度下降时，构成自旋冰的粒子就会把自己变成几何图形。
有很多化合物可以用来制造这种材料，但是它们都有相同的量子特性——它们各自的磁旋“自旋”在粒子之间相互指向，形成复杂的结构。
所以，与水冰中可预测的晶体模式不同，在特定条件下，构成自旋冰的纳米级磁性粒子在某些条件下会显得无序和混乱，反复地来回翻转。
研究人员将注意力集中在一种叫振动几何的结构上，并测量了它的磁场变化是如何随着温度变化而波动的。
物质的状态通常被分解成固体、液体和气体等类别。我们从一个基本的层面上讲，物质的体积和流动性随温度和压力的变化而变化。
但是还有另一种方法来考虑物质的状态——通过考虑粒子在能量增加或失去能量时，粒子排列方式发生巨大变化的点。
例如，水的冻结是一个如此巨大的变化——当纯净的水被冷却到0摄氏度（32华氏度）时，它的分子失去了保持自由所需的能量，并采用了另一种稳定的结构。
当研究人员缓慢地将旋转冰的温度降至夏克提几何的时候，他们就能产生类似的行为，这种行为从未在其他形式的旋转冰中出现过。
利用一种叫做光发射电子显微镜的过程，研究小组可以根据他们的电子发射光的方式，对模式的变化进行成像。
他们注意到在温度持续下降的情况下，特定的安排仍然存在。
目前在耶鲁大学的高级研究员彼得希弗说：“这个系统被困在一种无法重新排列的方式，即使大规模的重新排列会使它下降到一个更低的能量状态。”
这样的“症结”是物质状态的标志，而这种状态在旋转冰的疯狂中是不可能出现的。
大多数物质的状态可以用经典的热力学模型来描述，在交换热能时，抖动的粒子克服束缚力。
在这种情况下，没有明确的模型描述在能量变化与材料的稳定排列之间的平衡。
因此，研究小组应用了量子触觉，观察粒子之间的纠缠是如何形成一个特定的拓扑结构，或者是在一个不断变化的空间内的模式。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家克里斯蒂亚尼索利说：“我们的研究首次表明，人造自旋冰这样的经典系统可以被设计来演示拓扑有序的阶段，而这些阶段以前只在量子条件下被发现。”
十年前，类似磁单极子的准粒子在另一种自旋冰中被观察到，也指出了一种奇怪的相变。
在我们寻找新的物质时，准粒子正在成为一件大事，它们的行为方式很奇怪，但却很有用，因为它们在量子计算中有一定的用处。因此，有更好的模型来理解这一量子景观无疑将会很有用。
这项研究发表在《自然》杂志上。
本文译自：Sciencealert 译者：刘裕嵘
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