美國羅格斯大學的研究人員發現了一種新型量子態，該態被稱為量子液晶，這一發現是通過將兩種特殊材料——韋爾半金屬（Weyl semimetal）和自旋冰（spin ice）置於高磁場中而實現的。這兩種材料各自擁有獨特且複雜的性質，但在高磁場的交互作用下，卻產生了全新的物質狀態。這一發現不僅拓展了物質存在的範疇，還有望推動新材料的研究，進而促進量子計算及其他先進技術的發展。
物質的常見狀態包括固體、液體和氣體，而等離子體狀態的發現則為半導體行業和醫療設備的消毒開辟了新的應用前景。隨著對極低溫、高壓和高磁場下物質行為的研究，科學家們逐漸揭示了許多奇異而意想不到的物質狀態。羅格斯大學的研究方法不僅有助於理解這些新型物質狀態，還可能加快其發現的進程。
在本次研究中，韋爾半金屬因其內部存在稱為韋爾費米子（Weyl fermions）的準粒子，使其能以零能量損耗的方式快速導電。自旋冰則是一種強磁性材料，其內部微小的磁場排列方式類似於冰中氫原子的排列。研究小組的成員之一、博士生吳宗志表示，儘管這些材料已經被廣泛研究，但它們在高磁場下的相互作用卻尚未得到充分探索。
研究人員發現，當這兩種材料在極高的磁場下結合時，便產生了新型的量子液晶態。在這一新狀態中，韋爾半金屬的電子性質受到自旋冰的磁性質影響，導致了電子各向異性現象的出現，這是一種材料在不同方向上導電性能不同的罕見現象。研究團隊發現，在360度的圓周中，材料的導電性在六個特定方向上最低，並且隨著磁場的增強，電子開始向相反的方向流動，這與量子態中的旋轉對稱性破缺現象相似，這一現象也是識別高磁場下新量子態的指標。
該研究的大部分實驗工作是在塔拉哈西的國家高磁場實驗室進行的，研究人員同時也依賴於羅格斯大學物理與天文學系副教授Jedediah Pixley提供的理論支持。吳宗志表示，理解這些實驗結果的過程持續了兩年，這全得益於Pixley小組所做的先進理論建模和計算。研究團隊相信，這只是探索新量子材料及其相互作用的開始，他們希望這項工作能激勵物理學界進一步探索這些激動人心的新領域。研究結果已發表在《Science Advances》期刊上。
