在磁场下，量子磁性材料可能会出现新的有序态。一个国际团队现在通过在柏林中子源 BER II 及其高场磁体上进行的实验，对这些特殊的物质状态有了新的认识。 BER II 一直为科学服务直至 2019 年底，此后已被关闭。 BER II 的数据结果仍在发布中。

“我们于 2019 年 11 月进行了测量，我们的实验是 BER 在高场磁铁上进行的最后实验之一，”Ellen Fogh 博士指出。这位物理学家领导着洛桑联邦理工学院 (EPFL) 量子磁学实验室的一个团队，目前发表了与卡塔尔和瑞士同事合作获得的关于量子材料的有趣新见解。

“物质中的许多效应只有在极端条件下才会显现出来，即温度接近零开尔文和磁场高于 20 特斯拉，”她说。检查这些效应的最佳地点是中子源 BER II，HZB 团队在那里设置了一个独特的高场磁铁，高达近 26 特斯拉。

“评估花了很多时间，”她说。这是因为中子散射数据不会自动提供图像，而是必须进行解释。这需要令人信服的理论模型。 “我们和一组理论家打了一场乒乓球比赛，但现在我们得到了一些非常有趣的结果。”

Fogh 和团队分析了 SrCu 2 (BO 3 ) 2的样品- 二维 (2D) 自旋系统中理想挫败的模型系统。它由正交排列在方晶格上并以不同方式相互影响的自旋对组成。这种“理想受挫”的几何结构导致许多非常规效应，这些效应用纠缠量子态及其激发(磁振子)来描述。此类材料中的磁序通常被描述为磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。

Fogh 说：“我们想知道这种磁振子 BEC 是否也出现在我们的高磁场模型系统中，或者是否存在替代机制。” BER II 高场磁体的中子散射实验非常适合此目的：“我们能够测量高达 25.9 T 的 SrCu 2 (BO 3 ) 2自旋激发，并使用理论值高精度地重现实验光谱。楷模。”实验在环境压力和接近绝对零的温度(200 毫开尔文)下进行。

对测量数据的分析和解释表明，在这些极高的磁场下形成了自旋向列相。在此阶段，凝聚的成对磁振子取代了单个磁振子。甚至可以与超导性进行类比，表明 SrCu 2 (BO 3 ) 2中的自旋向列相最好理解为玻色子库珀对的凝聚体。

结果表明，极高磁场中的中子散射实验可用于探索以前未知的物质区域，特别是多体系统的相关相位。 “在强烈的挫败感和受控的极端条件下，仍然可以发现许多新的状态和秩序，”福格总结道。