新發現：量子自旋新物態可令電子發生分裂

科學家發現在實際材料中存在量子自旋新物態的證據，它可以使電子發生不可思議的分裂。

這種物態叫做「量子自旋液體」（quantum spin liquid），電子分裂得到的分數粒子（fractional particle）稱為馬約拉納費米子（Majorana fermion），可以用於量子計算機的研製。

據英國《每日郵報》4月5日報導，美國能源部橡樹嶺國家實驗室、英國劍橋大學及德國馬普研究所的科學家們共同進行試驗，在類似石墨結構的二維材料中，測定電子分裂而得到的馬約拉納費米子的標誌性特徵。

劍橋大學的約翰尼斯．科諾勒（Johannes Knolle）說：「這是物質的一種新物態，以前曾預測過但未觀察到。」

科學家認為，發現電子分裂是激動人心的突破。因為量子自旋液體是科學家推測的一種神秘狀態，可以在某些磁性材料中隱藏，但40年來一直未在自然界中見到這種物態現象。

而此次試驗所見的電子分裂或分數化（fractionalisation）表明新的量子物態——「量子自旋液體」具有非常有趣的特性。而且這種實驗的一個實際意義是，馬約拉納費米子可以使量子計算機遠比傳統計算機更快，可能有助於量子計算機的研製。

研究人員使用中子散射技術，在三氯化釕（RuCl3）的晶體中發現這種量子物態存在的證據，但是目前尚不清楚處於量子自旋液態的馬約拉納費米子的具體特點，初步瞭解處於量子自旋液體狀態的物質不會因為其溫度降至極低水平而改變其中的磁特性。
  
科學家認為，這是首次在二維材料中發現存在量子自旋液態及電子分數化，對於理解量子狀態具有重要意義。該研究結果發表於《自然．材料》雜誌。

2012年1月，科學家使用加拿大安大略省的超級電腦SHARCNET模擬電子分裂的狀態，探討量子態信息，計算得出在適當的條件下電子可以分裂為帶有分數電荷的分數粒子。而在一般概念中，電子所帶的電荷不可能是分數，只能是整數。

參與該研究的加拿大滑鐵盧大學（University of Waterloo）的天文物理學家羅傑．梅爾高（Roger G. Melko）認為，在量子世界中研究分數化現象徹底改變人們對物質的認識，它具有多方面的實際意義，影響對超導理解，開發新的電子產品甚至未來的量子計算機。