原子“闹别扭”时，竟出现一种奇特的新量子态

本文介绍威尔逊团队发表于《自然·材料》的一项基础研究：他们首次在单一晶体结构中实现了磁性序（自旋）与化学键序（电子成键）的双重几何受挫。所谓‘受挫’，是指因材料原子排列的特殊几何形状（如三角形晶格），导致微观粒子无法同时满足所有相互作用要求，从而无法形成稳定、统一的有序状态，只能处于持续波动或高度无序的量子态。例如，在三角晶格中，每个磁性原子都想与邻居反向排列（反铁磁），但三角形的三重对称性使这不可能实现——就像三人两两握手时无法全部背对而立，系统因此‘左右为难’。类似地，电子在三角或蜂窝状晶格中成键时也会出现同样困境，形成‘键受挫’。该研究聚焦于极为罕见的材料，其中磁受挫与键受挫共存且相互耦合。研究人员提出，可通过施加微小应变（机械拉压）来调控键受挫网络，进而间接操控磁性量子态（如诱导磁有序）；反之，外加磁场也可能影响晶格结构。这种双向调控能力，有望为设计具有多重响应功能（如力-磁-电耦合）的新一代量子器件奠定基础。长远看，若该体系能承载长程自旋纠缠——量子计算的核心资源——那么通过耦合不同受挫层，就可能实现对纠缠态的按需读取与操控。