量子磁铁比星际空间冷数十亿倍

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由钇原子制成的磁铁仅比绝对零温度高十亿分之一度。了解它是如何工作的，可以帮助物理学家制造高温超导体有所帮助。

一种新型量子磁铁是由原子制成的，原子温度仅比绝对零度高十亿分之一——物理学家不确定它的行为方式。

正则磁铁排斥或吸引磁体取决于其中的电子处于“向上”还是“向下”的量子自旋状态，其性质类似于北极和南极在特定方向对齐。然而，这并不是唯一可以用来制造磁铁的属性。

德克萨斯州赖斯大学的Kaden Hazzard和他的同事使用ytterbium原子制作了一块基于旋转性质的磁铁，该属性有六个选项，每个选项都标有颜色。

研究人员将原子限制在一个小金属和玻璃盒中的真空中，然后使用激光束冷却它们。来自激光束的推力使最有活力的原子释放出一些能量，从而降低了整体温度，就像在一杯茶上吹气一样。

他们还使用激光将原子排列成不同配置，以产生磁铁。有些是一维的，像电线，另一些是二维的，像薄薄的材料，或者三维的，像一块水晶。

排列成线条和片状的原子达到约1.2纳开尔文，比星际空间冷20多亿倍。对于处于三维排列的原子，情况非常复杂，以至于研究人员仍在寻找测量温度的最佳方法。

实验中的原子属于一个更大的群，称为费米子，是“宇宙中最冷的费米子”。

物理学家长期以来一直对原子如何在这样的外来磁铁中相互作用感兴趣，因为他们怀疑类似的相互作用发生在高温超导体中——这些材料完美地导电。通过更好地了解会发生什么，他们可以建造更好的超导体。

合著者Eduardo Ibarra-Garcнa-Padilla表示，对这种磁铁进行了理论计算，但它们未能预测确切的颜色状态模式或确切的磁性。他和他的同事在分析实验时进行了一些迄今为止最好的计算，但仍然只能预测实验中数千个原子中线中八个原子的颜色和片状配置。

科罗拉多大学博尔德分校的Victor Gurarie表示，这个实验刚好冷，原子可以开始“关注”邻居的量子颜色状态，这种特性不会影响它们在温暖时的相互作用。由于计算非常困难，类似的未来实验可能是研究这些量子磁铁的唯一方法。

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期刊参考：自然物理学，DOI：10.1038/s41567-022-01725-6