苏刚：我们实际上重要的是发现了自旋超固态，这是首次在固体材料里面发现的。超固态也是一种宏观的量子态，它跟超导和超流是类似的，实际上是介于两者之间的。
后来从上一世纪五十年代开始，大家都在探讨说，有没有一种可能性，还存在着另外一种这样的宏观量子态，它既具有固体的这种长程有序，同时也具有超流动的性质。
在2005年的时候，国际上有好几位搞理论的，计算了这么一件事情，就是在三角晶格的硬核玻色子系统里，会出现超固态，而且这个范围是比较大的。那么如果我们把这样的硬核玻色子的三角晶格里面，我们给它引射到自旋系统里面，发现它正好过了对应的，就是三角晶格的各项异性的XXZ（易轴反铁磁海森堡）模型的，叫易轴海森堡的反铁磁体，这个我们可以找着材料来实现这个，但是这也不容易。我们比较幸运的是，有一个材料，叫磷酸钠钡钴，这个材料2019年的时候，是由美国普林斯顿大学的罗伯特·卡瓦教授组，他们合成了一个材料，它的结构一看就是层状的，三角晶格的材料。
中国科学技术大学的一个研究组，叫孙学峰的，他们就研究这个材料。他测量到了150 mK（毫开尔文）的时候，测量它的比热的时候，发现比热有一个尖峰出来了，表示这里面有可能会有磁有序的。
它的基态是具有对角长程序和非对角长程序共存的这样一个态，这个态就叫超固态。所以我们就利用我们的计算，我们过去二三十年的时候，研究组就发展了一套有限温度的张量网络量子多体的计算方法，这个目前在国际上是绝对领先的。
袁岚峰：对，这是您独创的方法。
苏刚：就是直接可以跟实验进行对比，而且可以预测实验，算出来的很多东西，精度很高，效率也很高。首先要验证的是它的这个自旋超固态的这件事情，两个有序必须要做出来。在300 mK的时候，我们发现那个中子衍射谱上面，确实是一片模糊，没有任何磁有序的现象。但是我们做中子衍射的时候，把这个温度降到了30 mK的时候，你会发现那个衍射峰一下就出来了。所以这就表示在30 mK的时候，是有对角的长程序，跟理论的计算是完全吻合的。非对角长程序，这个是我们在55 mK的时候去做的。这就是两个序同时在这个态里面都发现了，就是第一次我们在固体材料里面，完美地呈现了一种超固态的现象。那么我们做了一个计算，把实验的这个参数，特别是孙学峰的实验结果，做了一个拟合以后，发现这个是可以很好的利用XXZ模型来描述三角晶格上的，它是一个易轴。
然后我们把它的这样一个相图，在这样的参数区间我们发现，临界磁场以下就会有一个区域，当时我们就立即组织队伍，Science《科学》在2005年提出来的，包括了一百二十五个科学问题，这是第46个问题，就是固体里面是不是有超流。那么这次给了一个确定性的回答，在固体里面确实是具有超流的。我们的文章发表了一个月以后，就有两组，一个是欧洲的科学团队，在叫钾钴硒氧的这样一个材料里面，同样的，完全地重复了我们在NBCP（Na₂BaCo(PO₄)₂）里面的这样的实验结果，所以它也证明了自旋超固态的存在。美国有一个组，在一个月之后，同样在钾钴硒氧里面，也证明了类似的结果，完全地支持了我们自旋超固态存在的证据。
所以这就是为什么，去年在评选“中国十大科学进展”的时候，科学家认为这是一个很重大的突破。
袁岚峰：我看您论文里面，还提到一点很有趣的，就是说，您说的钠钡钴磷酸盐，它的真空稳定性很好，这比传统的GGG（钆镓石榴石）之类的要强。
苏刚：对，你放在空气里面都没问题。
袁岚峰：所以我觉得这个东西是非常本质性的优势。
苏刚：没错。
袁岚峰：这个东西它的最基本的意义，甚至还不是国产替代之类的，而是说它就是下一代的制冷技术。
苏刚：没错。
袁岚峰：将来应该在全世界全面取代传统的制冷技术。
苏刚：没错，这就是我们发展的另外一个“卡脖子”的技术，也是可以“卡”别人的。
说起制冷，你会想到什么？也许你首先想到的是冰箱，然而它的温度最低只能到零下十几摄氏度，在高科技应用中需要的低温却是只比绝对零度高不到一度，即零下273摄氏度左右。这样的应用包括太空探测、量子计算、量子精密测量等等，是许多战略领域的基石。
制冷对我国是一个潜在的卡脖子领域，因为许多制冷方法都需要用到氦，而氦在全世界的产量都不高，在我国尤其稀缺。在这种背景下，就能理解为什么有一种不需要用氦的制冷新方法入选了2024年中国科学十大进展，它的全名是“发现自旋超固态巨磁卡效应与极低温制冷新机制”。
巨磁卡效应是什么？自旋超固态又是什么？为什么它能实现无氦制冷？今天，我们就来访问这项研究的主持者，中国科学院理论物理研究所苏刚研究员。
《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话中国科学院理论物理研究所苏刚研究员，东方卫视2026年1月7日播出。25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站（https://www.kankanews.com/detail/m9wB6ODgOwn）、app以及视频号，本片为精彩片段之二。
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