Учёные нашли доказательства квантового спинового состояния в материале кагоме

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета получили доказательства существования квантового спинового состояния в магнитном материале с решёткой кагоме. Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Physics, могут помочь в понимании фундаментальных принципов, лежащих в основе квантовых спиновых жидкостей.

Образец гербертсмитита, кандидата в квантовые спиновые жидкости. Автор: группа Ли, Стэнфордский университет.

Квантовые спиновые жидкости — это экзотические состояния материи, в которых спины электронов не упорядочиваются, а продолжают флуктуировать даже при крайне низких температурах. Это состояние характеризуется высокой квантовой запутанностью.

Образцы нового материала Zn-барлоуита. Автор: группа Ли, Стэнфордский университет.

Учёные под руководством Янга С. Ли синтезировали высококачественные образцы нового материала Zn-барлоуита и охладили их до очень низких температур. С помощью метода неупругого рассеяния нейтронов высокого разрешения они измерили возбуждения в кристаллах и сравнили их с теоретическими предсказаниями.

«Нейтроны могут проникать глубоко внутрь материалов и рассеиваться на спинах в активных слоях кагоме, — объяснил Ли. — Эти измерения показали, что фундаментальные возбуждения спинов кагоме проявляются в форме «спинонов» — фракционализированных частей типичных «магнонных» возбуждений».

Наблюдаемое экзотическое поведение в Zn-барлоуите совпало с ранее обнаруженными возбуждениями в гербертсмитите. Это указывает на то, что одно и то же квантовое спиновое жидкое состояние универсально присутствует во многих известных материалах кагоме.

«Долгожданная цель в этой области — достичь консенсуса по крайней мере по одному реальному материалу, имеющему неопровержимые доказательства основного состояния квантовой спиновой жидкости, — сказал Ли. — Наши результаты — ещё один важный шаг к этой общей цели».

Понимание этих состояний в будущем может способствовать развитию новых квантовых технологий, таких как квантовые вычисления и хранение информации.