物理学家发现了一种新的物质相态，被称为“半冰半火”，可能为量子计算等领域取得新进展创造机会。新相态结合了原子内部电子的大量“向上”自旋(高度有序，被称为冷循环)和大量“向下”自旋(高度无序，被称为热循环)，新相态的昵称“半冰半火”即由此而来。

“半冰半火”是一项重大发现，不仅因为它新颖，而且因为它能在合理的温度下产生相态之间的急剧转换。这是美国布鲁克黑文国家实验室同一支团队——物理学家尹卫国（音）、阿列克谢·茨韦利克，以及他们当时的实习生克里斯托弗·罗思——2016年首次观察到的“半冰半火”相态的孪生相态。

研究团队称，这些发现为解决物理学和材料科学中的一些核心问题提供了见解，同时提高了识别具有奇异特性的物质新相态和控制这些相态之间转换的能力。

尹卫国在布鲁克黑文国家实验室发表的一份声明中说：“解决这些问题有望带来量子计算和自旋电子学等技术的重大进展。”茨韦利克补充说，该研究团队的发现“可能为理解和控制某些材料的相态与相变打开了一扇新大门”。

尹卫国和茨韦利克在对一种名为亚铁磁体的磁性材料进行研究时首次发现了“半冰半火”相态。亚铁磁体的原子群具有相反的磁矩，但是由于这些原子群不相等，所以仍然存在一些磁化。

研究团队是在一种特殊亚铁磁体（由锶、铜、铱和氧组成的化合物）中观察到“半冰半火”相态的。该团队将材料放置在外部磁场中，在亚铁磁体内诱发了这种现象。

在“半冰半火”相态中，铜位点上的自旋呈现热激发状态且具有较小的磁矩，而铱位点则产生冷自旋并具有较大的磁矩。

虽然这是一个令人兴奋的发现，但茨韦利克承认这只是第一步。“尽管我们进行了广泛的研究，但我们仍然不知道如何利用这种相态。我们还缺失拼图的一些部分。”

最近由尹卫国牵头的研究工作发现了“半冰半火”还有一种隐藏的相反相态：在此相态下，热自旋和冷自旋交换位置。研究团队发现了一个极窄的温度范围，在该温度范围内，物质相态会发生转换。这对很多领域都有积极的影响。商业上，这种超灵敏的相态转换可能带来制冷技术的进步。人类甚至有可能利用相态本身作为比特，开发出存储量子信息的新方法。