由加州理工学院的David Hsieh领导的科研团队揭示了物质的一种不同寻常的状态—这并不是传统意义上的金属、绝缘体或者磁铁等。这种新相使得开发新型电子设备成为可能，同时也可能解决长期困扰凝聚态物理的一些难题，即高温超导方面的问题。“这种新相的发现完全出乎意料，也不是任何之前理论的预测结果。电子材料的整个领域有可能因为这种新相的发现而发生巨大的变化，指引越来越多的科学家探索新的微观物理性能。”Hsieh说。该研究发表在《自然物理》杂志上。

物理学家在用其最新开发的激光技术测量多极序列时偶然发现了这种现象。为了理解多级序列，首先需要考虑的就是晶体材料贯穿其内部的电子。在特定条件下，这些电荷可以在晶体内部有规律地堆积，形成所谓的电荷有序相，组成这种有序相的电荷是一个标量，即其只有大小。除了电荷，电子还有另一个自由度叫做自旋。当自旋朝上彼此平行时，它们会形成铁磁。由于自旋既有大小又有方向，因此其是一个矢量。

经过过去数十年的发展，物理学家开发了很多复杂的技术来寻找这些相。但是如果电子在材料内部并不是以这样的方式排列呢？换言之，如果标量和矢量并不足以描述物质的状态，而需要其他的维度来描绘呢？例如矩阵？事实证明，Hsieh团队发现的这种新相是一种多极排列。为了检测这种多极排列，Hsieh团队利用了一种效应，叫做光谐波发生效应，这种效应由固体物质展现，但是非常脆弱。当你用单一频率的光照射物体时，其反射光也将只有一种频率。然而，几乎所有的材料的光频率都不单一，例如当入射光为红光时，你也可以发现蓝光的存在。你不会看见它仅仅是因为其所占比例太小了。这就可以成为光学谐波。

Hsieh研究小组的实验发现晶体对称性的改变将会对每一个谐波产生不同的影响。由于多极序列的出现改变了晶体的对称性，因此相对应的光学谐振相应也会发生变化。“我们发现当光在二次谐波频率反射时表现出的对称性和已知的晶体结构完全不一样，而对于基态频率时这种影响又是完全缺失的。由此可以断定这是一种特殊类型的多极序列。”

研究人员所采用的物质是Sr2IrO4，在过去的研究中，研究人员做了很多关于这种材料的研究，其很多性质也和氧化铜类化合物，或铜酸盐类相似。铜酸盐类是目前已知的具有高温超导特性的材料。从结构上来讲，铱酸盐和铜酸盐相似，且铱酸盐是一种电子绝缘体，通过化学掺杂加入电子时，其会逐渐变成导体材料。大量的掺杂也会让铜酸盐慢慢变成高温超导体，而该过程中的转变相一直是一个谜，这种相被称为赝隙。关于赝隙的产生以及和超导之间的关系科学家已经争论了数十年。如果可以很好地理解这种相互关系，科学家相信，开发出常温下的超导材料是可能的。最近，Hsieh研究小组也在Sr2IrO4中发现了这种相，且该小组相信通过掺杂等方式也可同时获得多极序列。研究人员仍然在研究这两种是否精确重叠，但是Hsieh认为该研究表明两者之间确实存在联系。Hsieh认为该研究强调了发明新的研究方法的重要性，不仅如此，他还强调，这种多极序列也可能存在于更多的材料中。

新材料在线编译整理——翻译：杨超     校正：摩天轮