量子自旋液體

除了在量子臨界現象中所提到的非熱能調變參數，另外一個壓制磁有序的方式是利用內廩的幾何頓挫（geometrical frustration）。 在某些系統中，由於對稱性的限制，即使在絕對零度，磁矩的排列無法找到一個能量最低的排列方式。最顯而易見的例子是二維系統中，戈薇晶格 （kagome lattice）和三角晶格，和三維系統中焦綠石晶格（pyrochlore lattice）的最近鄰交互作用。量子自旋液體（quantum spin liquid, QSL）即是符合上述物理行為的系統，在QSL中磁矩即使是在絕對零度也表現得像液體。QSL擁有兩個特徵：長程量子糾纏（long-range entanglement）與遵守非Abelian統計的分數化自旋激發（fractional spin excitations with non-Abelian statistics）。這兩個特徵是實現量子計算中極重要的元素，也因此QSL是目前凝態物理研究終極重要的範疇。另外，在80年代，QSLs 曾經被預測是高溫銅氧超導體的基態。

在真實系統中，由於二維材料kagome lattice ZnCu₃(OH)₆Cl₂ 與 triangular lattice YbMgGaO₄ 在極低溫下並不存在磁長程有序，且中子散射實驗顯示自旋激發為連續形式，兩個樣品已經被視作為實現QSL的理想系統。然而，最近這兩個樣品都被發現有晶格位置缺陷的問題，造成了自旋玻璃的行為。而自旋玻璃在低溫下的中子散射數據與QSL極為相似，因此人們開始懷疑上述兩個樣品的基態是否真的是QSL。有鑑於此，尋找其他擁有QSL性質且沒有晶格缺陷的系統顯得格外的重要。實現此目標的第一步是高品質的單晶樣品，這些樣品可以讓晶格缺陷或是無序的問題降到最低（相比於多晶樣品）。