2026年3月6日——处于量子自旋液态的磁性材料对于探索奇异物质态和量子计算具有重要意义。但在量子领域，表象往往具有欺骗性。莱斯大学戴鹏程共同领导的一项发表于《科学进展》的研究发现，尽管存在相关证据，六铝酸铈镁（CeMgAl11O19）材料实际上并未处于量子自旋液态。

“该材料曾被归类为量子自旋液体，因其具备两个特征：连续能态的观测结果和磁有序性的缺失，”共同第一作者、莱斯大学科研人员高斌解释道，“但更深入的观测表明，这些现象背后的成因并非量子自旋液态。”

像六铝酸铈镁这样的绝缘材料中，铈等磁性离子可能呈现两种磁态之一：铁磁态或反铁磁态。通常情况下，一旦离子进入铁磁态，会诱导邻近离子也进入该状态，导致整个结构中的所有离子排列成铁磁态。类似地，若处于反铁磁态则会导致离子呈反铁磁排列。当研究人员将材料冷却至接近绝对零度时，可观测到这种磁有序现象。

在如此低温下，离子排列成单一态的非量子材料会进入低能构型。由于这些材料的所有离子要么全处于铁磁态，要么全处于反铁磁态，研究人员只会观测到一种低能构型。

量子自旋液体材料在接近绝对零度时的行为则不同。量子材料会通过量子力学在不同低能态之间转换，导致研究人员观测到连续能态而非单一态。这种转变还造成磁有序性的缺失，意味着会同时观察到铁磁态和反铁磁态，而非传统磁有序材料中的单一态。

六铝酸铈镁同时表现出磁有序性缺失和连续能态特征。但对连续能态的仔细分析表明，这并非源于量子自旋液态，而是铁磁与反铁磁相互作用竞争导致的态简并现象。

“这种材料具有我们前所未见的特征组合，”共同第一作者、莱斯大学科研人员陈彤表示，“虽然它并非量子自旋液体，我们却观测到了疑似量子自旋液体的行为特征。”

通过中子轰击实验和精密测量，研究团队揭开了谜底。在六铝酸铈镁中，铁磁态与反铁磁态之间的界限比大多数材料更模糊。磁性离子在两种态之间具有更高转换自由度，因此不会统一排列成单一有序态——同一结构中部分呈铁磁态，部分呈反铁磁态，从而表现出磁有序性缺失。这种无序性开启了更多可能的低能态。当材料被冷却至接近绝对零度时，可从多个不同低能态中进行“选择”，产生类似量子自旋液体连续能态的混合观测态。然而由于材料不处于量子自旋液态，一旦进入某个低能态便无法跃迁至其他态。

“这种材料在不同低能态间'选择'的独特能力，产生了与量子自旋液态极度相似的观测数据，”通讯作者戴鹏程指出，“据我们所知，这是首次被描述的新物质态。”

戴鹏程补充道，这种独特材料再次提醒人类对量子领域的认知仍非常有限：“它强调了严谨观测和彻底数据分析的重要性。”