來自東京工業大學和橫濱國立大學的科學家發現：自旋微擾穿過量子自旋液體系統看似無法通過區域的特殊機制，這一新見解可能代表著下一代電子學甚至量子計算機的另一塊基石。目前電子設備已經接近理論極限，這意味著將需要全新技術來獲得更好的性能和更高的小型化。問題是，現代電子學以操縱電流為中心，因此主要關注運動電子的集體電荷。
但是，如果信號和數據能夠以更有效的方式編碼和發送，情況會怎樣呢？進入自旋電子學，這是一個新興的技術領域，旨在給電子學帶來革命性的變化，並有望成為量子計算機發展的關鍵參與者。在自旋電子器件中，電子最重要的特徵是自旋，這是一種本徵性質，可以廣泛地視為它們的角動量，這也是固體中磁現象的根本原因。然而，世界各地物理學家都在努力尋找通過材料產生和傳輸“自旋數據包”的實用方法。
在最新的一項研究中，日本東京工業大學和橫濱國立大學科學家們對一種名為Kitaev模型的特殊系統的特殊自旋輸運特性進行了理論分析。這個二維模型包括一個蜂窩網絡，其中每個頂點都有一個自旋。Kitaev系統的特別之處在於，由於自旋之間的特殊相互作用，它表現為量子自旋液體(QSL)。這大體上意味著，在這個系統中：“旋轉不可能以獨特的最佳方式安排，讓每一個旋轉都保持愉快”。
這種現像被稱為自旋受挫，導致自旋的行為特別無序。領導這項研究的古賀明久(Akihisa Koga)教授說：基塔耶夫模型是研究量子自旋液體的一個有趣遊樂場，然而對它有趣的自旋輸運特性知之甚少。基塔耶夫模型的一個重要特徵是它具有局域對稱性；這種對稱性意味著自旋只與其近鄰相關，而不與遙遠的自旋相關，因此意味著自旋輸運應該有一個勢壘。然而，在現實中，Kitaev系統一側的微小磁擾動確實表現為相反邊緣的自旋變化：
即使這些擾動似乎不會導致材料中心更對稱區域的磁化發生任何變化。在基塔耶夫系統的一個邊緣上，微小磁擾動確實表現為相反邊緣的自旋的變化，即使這些擾動似乎不會導致材料中心更對稱區域的磁化強度發生任何變化。這一耐人尋味的機制是科學家團隊在研究中闡明的，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。研究在Kitaev QSL的一側施加脈衝磁場來觸發自旋數據包傳輸，並對隨後展開的實時動力學進行了數值模擬。
結果表明，磁擾動是通過行進的馬約拉納費米子穿過物質中心區域。這些是準粒子；它們不是真正的粒子，而是系統集體行為的精確近似。值得注意的是，馬約拉納費米子介導的自旋輸運，不能用經典的自旋波理論來解釋，因此需要進一步的實驗研究。但研究人員對這項研究成果的應用潛力抱有希望：理論結果也應該與真實材料相關，研究設置可以在Kitaev系統的某些候選材料上物理實現。
研究討論了可能的物質，創造自旋擾動的方法，以及尋找馬約拉納費米子穿過物質主體到達另一邊證據的實驗方法，甚至有可能控制系統中靜止的馬約拉納費米子費米子運動。
