聽起來像個謎語：如果您拿了兩顆小鑽石，在它們之間放了一塊小磁性晶體，然後將它們慢慢擠壓在一起，會得到什麼？
答案是磁性液體，這似乎違反直覺。液體在壓力下變成固體，但反之則不然。但是，這項非同尋常的關鍵發現是由美國能源部（DOE）阿爾貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）的美國能源部（DOE）科學用戶設施辦公室高級光子源（APS）的一組研究人員揭示的，該發現可能為科學家提供有關高能量的新見解。溫度超導和量子計算。
儘管科學家和工程師數十年來一直在使用超導材料，但是高溫超導體無電阻導電的確切過程仍然是量子力學的奧秘。超導體的明顯跡象是電阻損失和磁力損失。高溫超導體可以在高於液氮的溫度（-320華氏度）下運行，從而使其對於電網中的無損傳輸線以及能源行業的其他應用具有吸引力。
但是沒有人真正知道高溫超導體如何達到這種狀態。需要這些知識才能將這些材料的工作溫度提高到環境溫度，這是在節能電網中全面實施超導體所必需的。
普林斯頓大學已故的理論家菲爾·安德森（Phil Anderson）於1987年提出的一個想法涉及將材料置於量子自旋液體狀態，安德森提出該狀態可能導致高溫超導。關鍵是材料每個原子中電子的自旋，在某些條件下可以將其微調為「受挫」且無法將自己排列成有序模式的狀態。
為了緩解這種挫敗感，電子自旋方向會隨時間波動，僅在短時間內像液體一樣與相鄰的自旋對齊。這些波動可以幫助高溫超導所需的電子對形成。
阿貢（Asonne）X射線物理學家兼組長丹尼爾·哈斯克爾（Daniel Haskel）認為，壓力提供了一種「調節」電子自旋之間距離的方法，並使磁體進入受挫狀態，在一定壓力下磁性消失，自旋液體出現。科學部（XSD）帶領研究團隊在APS進行了一系列實驗，從而做到了這一點。團隊成員包括XSD的Argonne助理物理學家Gilberto Fabbris和物理學家Kim Jong-Woo和Jung Jung Kim。
Haskel謹慎地說，他的研究小組的結果（最近發表在《物理評論快報》上）並未最終證明自旋液態的量子性質，即即使在絕對零溫度下原子自旋也將繼續移動，還需要更多的實驗確認這一點。
但是他們的確表明，通過施加緩慢而穩定的壓力，可以將某些磁性材料推入類似於液體的狀態，在這種狀態下，電子自旋變得無序，磁性消失，同時保留了構成電子自旋的原子的晶體排列。研究人員有信心他們創造了一種自旋液體，其中的電子自旋是無序的，但不確定這些自旋是否被纏結，這將是量子自旋液體的標誌。
哈斯克爾說，如果這是一種量子自旋液體，那麼用這種方法製造液體的能力將具有廣泛的意義。
哈斯克爾說：「某些類型的量子自旋液體可以實現無誤差的量子計算。」 「量子自旋液體是自旋態的疊加，起伏不定但相互糾纏。可以公平地說，如果此過程創建具有量子疊加的量子自旋液體，它將形成一個量子比特，這是量子計算機的基本組成部分。 」
那麼，團隊做了什麼？他們是如何做到的？這使我們回到了鑽石，這是APS獨特實驗設置的一部分。研究人員使用了兩個鑽石砧，它們的切割方式與您在珠寶店中看到的方式相似，底座寬且邊緣窄而平坦。他們將較小的扁平邊緣放置在一起，在它們之間插入磁性材料（在這種情況下為鍶銥合金）樣品，然後推入。
Fabbris說：「這個想法是，當您對其加壓時，它將使原子更靠近在一起。」 「由於我們可以緩慢地進行操作，因此可以連續進行，並且可以在壓力升高時測量樣品的特性。」
當法伯布裡斯（Fabbris）說施加壓力的速度很慢時，他並不是在開玩笑-他說，這些實驗中的每個實驗都花了大約一周的時間，使用的樣本直徑大約為100微米，或者大約是一張紙的寬度。由於研究人員不知道磁性將在什麼壓力下消失，因此他們必須仔細測量每一次很小的增加。
並看到它消失了，它們在大約20吉帕斯卡的壓力下消失了，相當於20萬個大氣壓，或者比地球上最深的海溝太平洋的馬裡亞納海溝底部的壓力高出約200倍。電子的自旋像液體一樣在短距離內仍保持相關性，但即使在低至1.5開氏溫度（-457華氏度）的溫度下仍保持無序。
哈斯克爾說，訣竅（以及創造自旋液態的關鍵）是保持原子排列的晶體順序和對稱性，因為原子位置隨機無序的不良影響會導致不同的磁態，而沒有旋轉液態的獨特性質。Haskel將電子自旋比作一個城市街區上的鄰居，當他們靠近時，他們都希望彼此開心，改變其自旋方向以匹配鄰居。目的是使他們彼此靠近，以致他們可能無法讓所有鄰居開心，從而「挫敗」了他們的旋轉互動，同時仍保持了街區的結構。
研究團隊使用了APS的強大X射線成像功能來測量樣品的磁性，據Haskel和Fabbris稱，APS是美國唯一可以進行此類實驗的設施。法布裡斯說，特別是，專注於一種原子而不理會所有其他原子的能力至關重要。
「樣品非常小，如果您嘗試在大學實驗室中使用其他技術來測量磁性，則將從金剛石砧座中的組件中吸收磁信號，」法布裡斯說。「沒有像APS這樣的光源，我們所做的測量是不可能的。它具有獨特的能力。」
既然團隊已經達到了自旋液體狀態，下一步是什麼？需要更多的實驗以查看是否已經創建了量子自旋液體。未來的實驗將涉及在自旋液體狀態下更直接地探索自旋動力學和相關性的性質。但是，哈斯克爾說，最近的結果為實現這些難以捉摸的量子態提供了一種途徑，這可能導致對超導性和量子信息科學的新見解。
Haskel還指出了APS升級，這是一個龐大的項目，可以看到儀器的亮度提高了1000倍。他說，這將允許對這些令人著迷的物質狀態進行更深入的探究。
他說：「取決於任何人的想像力，令人驚訝的量子力學效應正在等待被發現。」