研究揭示了奇怪的绝缘材料中的新型量子态。

布朗大学的研究人员有实验表明，一种独特形式的磁性是如何出现在奇数类材料称为莫特绝缘体。结果一步更好地理解量子态的这些材料，近年来引起科学家们的很大兴趣。

发表在自然通讯的研究有助于确认小说理论工作，试图解释这些奇怪的材料中电子的行为方式。工作是在斯坦福大学和国家高磁场实验室的科学家合作完成的。

威斯纳 Mitrović，布朗领导的工作在物理系副教授说:”我们发现理论保持得不错，”。”这表明这个新的理论，涉及复杂的电子自旋相互作用的量子模型的基础是一个好的开始，对理解磁性强相互作用的材料中。

莫特绝缘体是材料应该是导体的电导率，传统理论，但尽管如此作为绝缘体。由于电子在这些材料中的密切相关而互相排斥，就会出现绝缘状态。该动态创建一种电子交通堵塞，防止颗粒流动，形成电流。科学家们希望，他们可以找到方式移动这些材料在莫特的绝缘状态，将有助于开发新的功能器件。它还表明，其结构中引入杂质，一些 Mott 绝缘体成为高温超导体 — — 无阻力在温度远远高于那些通常所需的超导性是可以导电的材料。

尽管这些材料的承诺，科学家们仍然不完全了解他们的工作。这些材料中的电子态的完整说明一直难以捉摸。在最基本层面上，每个单独的电子具有由它的电荷和自旋，其微小的磁矩指出或者向上或向下。很难预测 Mott 绝缘体的电子性能，因为各国的电子与对方如此密切相关 — — 一个电子的状态影响其邻国的国家。

让事情更复杂的是，许多 Mott 绝缘体陈列被称为自旋-轨道耦合，这意味着每个电子的自旋改变它的轨道的原子核。自旋-轨道耦合意味着电子磁矩受其环绕原子核和电子自旋的故不好定义。因此，预测这些材料的性能要求而单个电子的基本属性取决于它们的轨道运动的电子相互作用的知识。

“当你有这些复杂的相互作用以及自旋阶耦合时，它变得极其复杂的情况，从理论上描述，”Mitrović 说。”然而我们需要这种基本的量子理论，要能够预测新的量子性质的复杂的材料和利用它们。

Mitrović 的研究集中在出现 Mott 绝缘体与强自旋轨道耦合冷却低于临界温度时的磁性奇怪类型。磁性电子自旋之间出现由于路线。但在这种情况下，旋转强相互作用和它们的值取决于轨道运动，因为它已不了解这一磁场在这些材料的出现。

还有一个重要的理论尝试，以显示在这些材料上最基本的水平，使这种磁状态可能发生的事情。而这正是 Mitrović 和她的同事想要测试。

在斯坦福大学开始通过合成和表征热力学 Mott 绝缘材料制成的钡、 钠、 锇和氧气，探讨了利用磁共振成像的 Mitrović Mitrović 的同事。团队使用的特定技术使他们能够收集材料中的电子电荷的分布有关的信息和关于电子自旋在同一时间的信息。

工作表明，当材料冷却时，电子电荷的分布变化导致失真这种材料的原子轨道和晶格。随着温度的进一步冷却，那个扭曲驱动器磁性造成电子自旋在单个图层的原子晶格内的对齐方式。

“我们是能够确定轨道电荷扭曲的确切性质，在这个充满异国情调的磁性状态之前磁性，以及确切的自旋对齐”。Mitrović 说。”在一层你有旋转对齐在一个方向，然后在图层的上方和下方它旋转排列方向不同。结果在弱磁总的来说，尽管在每一层内的强磁性”。

Mitrović 正在调查的理论预测正是这层状的磁性之前，扭曲的电荷。因此，这些发现有助于确认理论是在正确的轨道。

工作是重要一步的理解和操作这有趣材料真实世界的应用程序的类的属性，Mitrović 说。尤其是，材料与自旋阶耦合，比普通设备功耗较小的电子设备的发展。

“是否我们想要开始在设备中使用这些材料，我们需要了解他们是如何从根本上，”Mitrović 说。”这种方式我们可以调整我们想让他们做他们的属性。通过验证一些 Mott 绝缘体与强自旋轨道耦合的理论工作，这项工作是重要的一步迈向更好的理解。

从广义上来说，工作是磁性更全面量子理论第一步。

“尽管磁性是最长的已知的量子现象，由古希腊人，发现磁性基本量子理论仍然是难以捉摸，”Mitrović 说。”我们设计我们的工作来测试新奇的理论，试图解释磁性在异国情调的材料的出现”。