物理学家发现了“液体磁性的堆叠薄饼”，这可能解释了一些分层螺旋磁铁的奇怪电子行为。

研究中的材料在低温下具有磁性，在解冻时变为非磁性。爱荷华州立大学艾姆斯国家实验室的实验物理学家MakariyTanatar注意到层状螺旋磁晶体中令人费解的电子行为，并将这一谜团引起了莱斯大学理论物理学家AndriyNevidomskyy的注意，后者与Tanatar和前莱斯大学研究生MatthewButcher合作创建了一个计算模型模拟了层状材料中原子和电子的量子态。

磁性材料在升温并变为非磁性时会经历“解冻”转变。研究人员对螺旋磁铁中的这种转变进行了数千次蒙特卡罗计算机模拟，并观察了材料内部原子的磁偶极子在解冻过程中如何自行排列。他们的结果发表在《物理评论快报》最近的一项研究中。

在亚微观层面，正在研究的材料由数千个二维晶体组成，就像笔记本中的页面一样堆叠在一起。在每个晶体片中，原子排列成晶格，物理学家模拟片内和片之间的量子相互作用。

Nevidomskyy说：“我们习惯于认为，如果你拿一块固体，比如一块冰，加热它，它最终会变成液体，在更高的温度下，它会蒸发并变成气体。”，物理学和天文学副教授，莱斯量子计划成员。“可以用磁性材料进行类似的类比，只是没有任何东西真正意义上的蒸发。”

“水晶仍然完好无损，”他说。“但是如果你观察小磁偶极子的排列——它们就像罗盘针一样——它们开始时是相关排列的，这意味着如果你知道其中一个指向哪个方向，你就可以确定它们中的任何一个指向哪个方向,不管它在晶格中有多远。这就是磁态——我们类比中的固体。当你加热时，偶极子最终将变得完全独立，或者说彼此随机。这就是所谓的顺磁体，它类似于气体。”

Nevidomskyy说，物理学家通常认为材料要么具有磁性有序，要么没有磁性有序。

“从经典的角度来看，一个更好的类比是一块干冰，”他说。“它有点忘记了液相，直接从冰变成了气体。这就是教科书中通常描述的磁转变。我们被教导要从相关的东西开始，比如铁磁体，在某些时候有序参数消失，你最终会得到一个顺磁体。”

Tanatar是埃姆斯超导和磁性低温实验室的研究科学家，他发现了一些迹象，表明螺旋磁体中从磁性有序到无序的转变是以一个过渡阶段为标志的，在这个过渡阶段中，电子特性(如电阻)随方向而不同。例如，如果它们是从一侧到另一侧水平测量的，而不是从上到下垂直测量的，则它们可能会有所不同。这种被物理学家称为各向异性的定向行为是许多量子材料(如高温超导体)的标志。

“这些层状材料在垂直和水平方向上看起来不一样，”Nevidomskyy说。“这就是各向异性。Makariy的直觉是，各向异性正在影响磁性在材料中的熔化方式，我们的模型证明这是真实的，并说明了为什么会发生这种情况。”

该模型表明，材料在从磁性有序转变为无序时会经过一个中间相。在那个阶段，片内的偶极子相互作用比它们之间强得多。此外，偶极子之间的相关性类似于液体的相关性，而不是固体的相关性。结果是“扁平的磁性液体水坑像煎饼一样堆积起来，”Nevidomskyy说。在每个水坑状的煎饼中，偶极子大致指向相同的方向，但这种方向感在相邻的煎饼之间有所不同。

“这是一束原子，它们的偶极子都指向同一个方向，”Nevidomskyy说。“但是，如果你往上一层，所有这些都指向不同的随机方向。”

材料中的原子排列“阻碍”了偶极子，并阻止它们在整个材料中沿统一方向排列。取而代之的是，层中的偶极子会移动，根据相邻煎饼的变化而轻微旋转。

Nevidomskyy说：“挫败感使箭头、这些磁偶极子很难决定它们想要指向的位置，无论是从一个角度还是另一个角度。”“为了减轻这种挫败感，他们倾向于在每一层旋转和移动。”

塔纳塔尔说：“这个想法是你有两个相互竞争的磁相。它们相互竞争，结果这些相的转变温度低于没有竞争时的转变温度。在这种竞争情况下，导致磁性秩序的现象与没有这种竞争时的现象是不同的。”

Tanatar和Nevidomskyy说，虽然这一发现没有立即应用，但它可能会提供有关其他各向异性材料(如高温超导体)仍未解释的物理学的线索。

尽管有这个名字，但高温超导性发生在非常冷的温度下。一种理论认为，当材料在量子临界点附近冷却时，它们可能会变成超导体，该温度足以抑制长程磁序并引起强量子涨落带来的影响。例如，一些磁性“母体”材料已被证明在接近磁性消失的量子临界点时具有超导性。

Tanatar说：“一旦你抑制了主要效应，即长程磁有序，你可能会让位给超导性等较弱的效应。”“这是非常规超导性的主要理论之一。在我们的研究中，我们表明你可以用不同的方式做同样的事情，有挫折感或竞争相互作用。”

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