在中科院物理所的低温实验室里，一块指甲盖大小的晶体正在创造奇迹。当科研人员将其置于磁场中并缓慢移除能量时，温度计的读数悄然滑向-273.056℃——这个仅比绝对零度高0.094℃的极寒数字，标志着人类首次在固体材料中实现了无液氦极低温制冷。而这一切的关键，源于一种名为"自旋超固态"的新奇量子物态。

这种同时具备固体与超流体特性的量子奇境，自上世纪70年代被理论预言以来，始终是科学家追寻的圣杯。传统认知中，固体原子如士兵般整齐排列，而超流体则能无摩擦流动，二者看似矛盾。1962年，杨振宁提出用"非对角长程序"来描述超流体的宏观量子特性，为探索这种奇特物态提供了理论框架。然而半个世纪过去，除了冷原子气的模拟实验，科学家始终未能在真实固体中找到确凿证据。

中国科学院大学苏刚团队与物理所孙培杰团队的合作，为这一科学谜题带来了突破性进展。他们将目光投向一种钴基三角晶格材料Na₂BaCo(PO₄)₂，这种具有强阻挫效应的量子磁体，为自旋超固态的诞生提供了理想舞台。通过自主研发的量子多体计算方法，研究人员预言该材料中存在自旋面外的"固态序"与面内的"超流序"共存现象。而极低温中子衍射实验的结果，如同精密的分子相机，捕捉到了三子格磁序的清晰图像，为理论预测提供了微观证据。

更令人振奋的是，这种量子奇境带来了革命性的制冷效应。在绝热条件下调节磁场，材料温度随自旋超固态的量子相变急剧下降。其磁熵变峰值达到商用制冷材料的四倍，最低温度突破百毫开尔文大关。这种基于集体激发的制冷机制，与传统顺磁盐依赖自由磁矩的方式截然不同，成功破解了液氦资源短缺的"卡脖子"难题。

这项发表在《自然》杂志的成果，不仅改写了凝聚态物理的教科书，更在航天、量子计算等领域展现出广阔前景。在深空探测中，无液氦制冷技术可大幅减轻探测器重量；在量子计算机中，接近绝对零度的环境能有效抑制量子退相干。目前，研究团队已开发出新型低温测量器件，实现了25mK的电导测量，为后续技术转化奠定了基础。

当我们凝视这块在极寒中闪烁的晶体，看到的不仅是科学的奇迹，更是人类对物质极限的探索精神。从液氦时代到量子物态制冷，每一次突破都在拓展人类认知的边界。未来，或许太空中的探测器将不再依赖稀缺的氦气，量子计算机的芯片将在自旋超固态的护航下稳定运行——这些从实验室诞生的量子密码，终将为人类文明的进步解锁新的维度。

来源: 桂粤科普