Физики нашли новый пример квантовой спиновой жидкости

      Комментарии к записи Физики нашли новый пример квантовой спиновой жидкости отключены

Физики нашли новый пример квантовой спиновой жидкости

Интернациональная несколько физиков под управлением Беллы Лейк из Технического университета Берлина экспериментально нашла квантовую спиновую жидкость в новом материале — смешанном оксиде кальция и хрома. Это редкое квантовое свойство, при котором поясницы отдельных атомов не замирают кроме того при температурах, родных к полному нулю.

Одним из потенциальных применений, каковые предлагаются для подобных систем являются топологические квантовые компьютеры, защищенные от разрушения квантовых состояний. Изучение размещено в издании *Nature Physics * (препринт)**, коротко о нем информирует пресс-релиз Ассоциации Гельмгольца исследовательских центров Германии.

Квантовые спиновые жидкости — особенный тип магнитных материалов с необыкновенным упорядочением спинов. Для простоты при описании магнитных материалов возможно представить себе, что кое-какие атомы ведут себя как мелкие магниты. Направление поясницы соответствует ориентации этих магнитов. В ферромагнетиках, к примеру в железе, все поясницы стремятся быть сонаправленными — именно поэтому появляется намагниченность.

В антиферромагнетиках обстановка противоположна — атомы-магниты стремятся быть направленными в противоположные стороны. 

Из антиферромагнитно взаимодействующих атомов возможно легко выстроить квадратную сетку — в ее узлах будут чередоваться направления магнитов «вверх» и «вниз». Но в случае если перейти от квадратной сетки к ромбической, складывающейся из верных треугольников, то кроме того в одного треугольника нельзя ориентировать магниты «верно». Такое состояние именуется фрустрацией.

И в случае если в большинстве материалов с «магнитными атомами» упорядочение все-таки появляется при низких температурах, то фрустрированные магнетики остаются разупорядоченными кроме того вблизи безотносительного нуля. Поясницы в них совершают коллективные перемещения.

Один из слоев кагоме-решетки смешанного оксида кальция и хрома. Christian Balz et al. / arXiv.org, 2016

Теоретически спиновые жидкости были предсказаны в 1973 году, но их первые экспериментальные наблюдения относятся к XXI веку. Существует только ограниченное количество материалов, в которых наблюдались похожие состояние — среди них хлорид рутения, гербертсмитит и еще пара веществ. В новой работе авторы добавили к этому списку новое соединение — сложный оксид состава Ca10Cr7O28.

В отличие от антиферромагнетиков и чистых ферромагнетиков, в этом соединении атомы в различных позициях кристаллической решетки по-различному взаимодействуют между собой: кое-какие пары атомов стремятся к ферромагнитному упорядочению, кое-какие — к антиферромагнитному. Сам же материал владеет классической для фрустрированных магнетиков решеткой кагоме, складывающейся из треугольных и шестиугольных мотивов.

Считается, что сильные ферромагнитные сотрудничества (если сравнивать с антиферромагнитными) должны нарушать состояния квантовой спиновой жидкости. Но не обращая внимания на это авторам все равно удалось пронаблюдать необыкновенное состояние при очень низких температурах.

Чтобы отличить спиновую жидкость от простого магнетика авторы применяли нейтронное рассеяние на примере и мюонную спектроскопию. Оба этих способа разрешают измерять магнитные поля на масштабах единичных атомов. К примеру, в мюонной спектроскопии на пример направляется пучок спин-поляризованных мюонов (тяжелых аналогов электронов). Магнитные поля атомов изменяют поляризацию частиц, что отражается на том, как они распадаются.

Оказалось, что коллективные перемещения спинов сохранялись при температурах до 20 милликельвинов. 

Авторы отмечают, что кроме синтеза нового материала, в котором реализуются спиновые жидкости, в следствии изучения удалось выстроить расширенную теоретическую модель. Она открывает перед исследователями целый новый класс материалов, в которых возможно пронаблюдать это редкое квантовое явление. 

Ранее интернациональной группе физиков удалось пронаблюдать в спиновой жидкости следы явления, предсказанного только теоретически. В соответствии с модели, которую внес предложение американско-русский физик Алексей Китаев, электроны в таком материале смогут расщепляться на особенные квазичастицы — майорановские фермионы. Эти частицы смогут открыть путь к «топологически защищенным» квантовым вычислениям.

Создатель: Владимир Королёв

Гордон — Гравитация и Космология — Что же Такое Гравитация?


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: