发表在最近一期《自然物理学》上的一项新研究揭示了人们期待已久的准粒子的出现，类似于遵守相对论狄拉克方程的著名狄拉克粒子。这些被称为狄拉克自旋子的准粒子理论上存在于一种称为量子自旋液态的新型量子态中。

这一发现是香港大学(HKU)物理系理论物理学家周成康博士和孟紫阳教授以及物理研究所实验家曾振元和李世良教授合作的结果。中国科学院院士IOP)和日本J-PARC中心的Kenji Nakajima教授。

准粒子是一种有趣的实体，它们是从材料内的集体行为中出现的，可以将其视为一组粒子。具体来说，狄拉克自旋子有望表现出类似于高能物理中的狄拉克粒子以及石墨烯和量子莫尔材料中的狄拉克电子的独特特性，例如能量和动量之间的线性色散关系。但在这项工作之前，这种自旋 1/2 电荷中性准粒子尚未在量子磁体中被发现。

“在量子磁体中找到狄拉克自旋子一直是几代凝聚态物理学家的梦想;现在我们已经看到了它们的证据，人们可以开始思考这种高度纠缠的量子材料的无数潜在应用。

“谁知道呢，也许有一天人们会用它建造量子计算机，就像人们在过去半个世纪里用硅所做的那样，”香港大学物理学家、该论文的通讯作者之一孟教授说。

该团队的研究重点是一种名为 YCu 3 -Br 的独特材料，其特点是 kagome 晶格结构，导致这些难以捉摸的准粒子的出现。

先前的研究暗示该材料具有呈现量子自旋液态的潜力，使其成为探索的理想候选者。为了实现YCu 3中自旋子的观测，研究团队克服重重挑战，将约5000块单晶组装在一起，满足了非弹性中子散射等实验的要求。

利用这种先进的技术，研究小组探测了材料的自旋激发，并观察到了有趣的圆锥形自旋连续模式，让人想起典型的狄拉克锥体。虽然由于实验限制，直接检测单个自旋子被证明具有挑战性，但该团队将他们的发现与理论预测进行了比较，揭示了表明材料中存在自旋子的独特光谱特征。

寻找狄拉克自旋子激发的光谱证据一直是一个挑战。这一发现为狄拉克量子自旋液态的存在提供了令人信服的证据，这类似于划破量子自旋液态光谱研究迷雾的清晰呐喊。

这些发现不仅增进了我们对凝聚态物理的基本理解，而且为进一步探索YCu 3的性质和应用打开了大门。

以分数自旋子激发的存在为特征，量子自旋液态可能与高温超导和量子信息相关。在这种状态下，自旋高度纠缠，即使在低温下也保持无序。

因此，研究服从狄拉克方程的自旋子产生的光谱信号将为物质的量子自旋液态提供更广泛的理解。这种理解也为其更广泛的应用提供了指导，包括探索高温超导性和量子信息。