磁性材料若处于量子自旋液体相，因其可能呈现奇异物质态并与量子计算研究相关而受到关注。不过，赖斯大学戴鹏程共同领导的一项研究指出，铈镁六铝酸盐（CeMgAl11O19）尽管呈现出与量子自旋液体相似的实验特征，但其本质并不属于量子自旋液体相。相关成果已发表在《Science Advances》。

赖斯大学研究科学家、共同第一作者高斌表示，CeMgAl11O19此前被归类为量子自旋液体，主要依据是两项观测：一是状态的连续谱，二是缺乏磁性有序。但研究团队在更细致的分析后认为，这些现象的根本原因并非量子自旋液体相。

低温下磁性材料的典型表现

研究介绍，在CeMgAl11O19这类绝缘材料中，磁性离子（如铈）通常可处于铁磁或反铁磁两种磁性状态之一。一般情况下，一旦离子进入铁磁状态，会倾向于带动邻近离子也进入铁磁状态，从而在结构中形成整体的铁磁排列；反铁磁状态则对应反铁磁排列。

当材料被冷却至接近绝对零度时，非量子材料往往会稳定在单一的低能量构型：离子要么整体呈铁磁排列，要么整体呈反铁磁排列，因此实验上通常只会观测到一种低能量构型。

与之不同，量子自旋液体材料在接近绝对零度时可通过量子力学效应在不同低能量状态之间转换，使研究人员观测到一系列连续的不同状态，而非单一状态。这种行为也常表现为缺乏磁性有序，即实验上难以观察到传统意义上单一的铁磁或反铁磁长程有序。

连续谱与无序的来源：相互作用竞争导致简并

研究团队指出，CeMgAl11O19确实表现出缺乏磁性有序和状态连续谱，但对连续谱的进一步分析显示，其来源并非量子自旋液体，而是铁磁与反铁磁相互作用竞争引发的状态简并。

赖斯大学研究科学家、共同第一作者陈彤表示，团队之所以关注该材料，是因为其呈现出此前未见的一组特性：它并不是量子自旋液体，但观测到的行为却与量子自旋液体相关的实验表现相似。

研究人员通过中子轰击材料及其他精密测量后认为，在CeMgAl11O19中，铁磁与反铁磁两种状态之间的边界相较多数材料更弱，使磁性离子在两种状态间更为“灵活”。在这种情况下，离子未能排列成单一有序状态，而是在同一结构中出现部分离子铁磁、部分离子反铁磁的情形，从而导致缺乏磁性有序，并打开更多可能的低能量状态。

研究称，当材料降至接近绝对零度时，它可以从多个低能量状态中“选择”，由此产生的可观测状态混合在实验上类似于量子自旋液体中的连续谱。但研究同时强调，由于该材料并非量子自旋液体，一旦进入某一低能量状态，就无法在不同低能量状态之间持续切换。

戴鹏程作为通讯作者表示，该材料独特的“选择”不同低能量状态的能力，产生了与量子自旋液体非常相似的观测数据；据团队所知，这可能是首次被描述的一种新物质态。他并补充称，这一发现提示研究人员对量子领域的认识仍存在不足，也凸显了对实验数据进行细致观察与彻底调查的重要性。