稀土自旋链中自旋子的高温量子相干性

传统观点认为，量子效应在高温下变得不重要。在磁体中，当热能超过原子磁矩之间的相互作用时，磁矩通常是不相关的，并且观察到经典的顺磁行为。这种量子自旋行为的热退相干是自旋系统量子信息应用的主要障碍。值得注意的是，我们对绝缘钙钛矿晶体中镱链的中子散射实验挑战了这些传统预期。我们发现，自旋子（自旋1/2链的分数化量子激发）的尖锐定义谱能够持续存在，其温度远高于镱磁矩之间相互作用的尺度。观测到的自旋子连续谱色散上边界的锐利度表明，在温度比相互作用能量尺度高一个数量级以上时，自旋子的平均自由程超过约35个原子间距。因此，我们发现了一种重要且高度独特的量子行为，它将量子性的领域扩展到高温区域，而此前人们认为在该区域由熵支配的经典行为占主导地位。我们的结果对在有限温度下运行的量子信息应用中的自旋系统具有深远意义，并推动了量子计量学的新发展。