加州大学圣塔芭芭拉分校材料学教授Stephen Wilson实验室的研究重点在于理解异常物态背后的基础物理，并开发具备量子功能所需特性的材料。

Wilson团队近日在《Nature Materials》发表论文，提出一种利用材料体系中“长程有序挫折”现象来设计非常规磁性态的方法，并指出该思路可能与未来量子技术相关材料的探索有关。Wilson表示，这项工作属于基础科学研究，旨在回答基本物理问题，并探究未来器件可能实现的物理现象。

论文聚焦三角晶格反铁磁体中的挫折机制

该论文题为《三角晶格反铁磁体中的交错键挫折》，讨论了多种挫折类型在相关体系中的作用。其中一种是几何挫折：在特定晶格结构中，材料的磁矩难以稳定在单一有序排列中，从而处于持续波动的挫折状态。

Wilson在论文相关阐释中将磁性类比为晶格中原子位置上的微小条形磁铁，即磁偶极矩。磁偶极矩之间会相互作用，并在给定材料条件下趋向于以某种方式取向以降低能量，达到系统的基态。基态指系统的最低能量状态，系统在绝对零度时处于基态。

他进一步指出，当磁矩相互作用使其倾向于反平行排列时，可称为反铁磁性。在方形网络中，每个磁矩都能与邻居实现反平行排列，从而形成稳定的基态；但在三角形网络中，并非所有磁矩都能同时与邻居反向指向，导致相互竞争并产生挫折。

键挫折与共存体系带来的可控性设想

研究还指出，挫折现象不仅出现在自旋等磁性自由度上，也可能出现在电子的其他属性上，例如电荷。若相邻离子通过键共享电子，可能形成原子二聚体；在三角晶格或蜂窝网络等几何结构中，这类二聚体的形成同样可能受到挫折影响。

在Wilson团队研究的材料体系中，两类挫折——磁性挫折与键相关的挫折——被报告为共存。论文认为，这可能形成一个对外界扰动（如应变）高度敏感的挫折键网络，而应变有望在一定程度上缓解该网络的挫折。

Wilson表示，这一方向的意义在于，或可通过对一种挫折系统施加扰动来实现对另一种挫折系统的功能性控制。团队提到，过去六七年间，研究人员已发现可通过构建由镧系元素组成的三角网络材料来设计挫折磁态；在此基础上，该研究尝试将由适当选择的镧系磁矩构成的三角晶格网络嵌入具有额外“键挫折自由度”的晶格中，以探索对特殊量子无序态进行“功能化”的可能路径。

对量子信息相关态的潜在影响

Wilson指出，量子无序磁性存在多种类型，其中某些态可能承载自旋的长程纠缠，这在量子信息领域具有重要意义。他表示，如果能够在挫折键网络中通过施加应变来调控这些态，将具有研究价值。

论文还提出一种问题设定：当两个高度挫折且对扰动（如应变或磁场）都敏感的层相邻时，是否可以通过耦合使其中一层在被“偏置”并出现有序后，进而影响并改变另一层的状态。Wilson认为，这种耦合机制在原则上可能使系统对原本不会响应的外界因素产生功能性响应，例如通过少量应变诱导磁有序，或通过施加磁场诱导结构变化。

此外，Wilson表示，如果能够找到承载长程纠缠的量子无序基态，下一步问题是能否通过与另一层（如键挫折层）的耦合来“访问”这种纠缠，并进一步探索不同类型的交织有序是否可能在两种挫折晶格的邻近作用下出现。