ライス大学の研究チームは、これまで量子スピン液体であると考えられていた六アルミン酸マグネシウムセリウムが、実際には競合する磁気的相互作用によって引き起こされる未知の物質状態にあることを突き止めた。『Science Advances』誌に掲載されたこの研究では、中性子散乱実験を通じて、同物質が磁気秩序を持たずエネルギー状態の連続体を示す理由を解明している。研究者らは、この現象の観測は史上初であるとしている。
六アルミン酸マグネシウムセリウム（CeMgAl11O19）は、磁気秩序が欠如し、低エネルギー状態が広がっているといった量子スピン液体の兆候を示すとして注目を集めていた。しかし、ライス大学の戴鵬程（Pengcheng Dai）教授らが率いる研究チームは、これらの特性が量子ゆらぎによるものではなく、強磁性的相互作用と反強磁性的相互作用の繊細なバランスから生じていることを発見した。この物質では、磁気イオンが混在した配置をとることが可能であり、絶対零度付近で一度安定すると状態間の遷移が続くことはないものの、真の量子スピン液体と類似した観測データをもたらす縮退状態が形成される。中性子散乱などの測定により、これらの磁気的挙動の境界が極めて弱く、構成間でより自由な移動が可能であることが判明した。ライス大学の研究員で共同筆頭著者の高斌（Bin Gao）氏は、「この物質は、状態の連続体の観測と磁気秩序の欠如という2つの特性から、量子スピン液体に分類されてきました。しかし、詳細な観察により、その根底にある原因は量子スピン液体相ではないことが示されました」と指摘した。同じく共同筆頭著者であるライス大学の陳通（Tong Chen）氏は、「量子スピン液体ではないにもかかわらず、私たちはそれに関連していると思われる挙動を観測していたのです」と付け加えた。責任著者の戴教授は、「私たちの知る限り、これまで記述されたことのない新しい物質の状態です」と述べ、量子研究における慎重なデータ精査の重要性を強調した。本研究成果は、米国エネルギー省およびその他の財団の支援を受けている。
