Магнитная фрустрация открывает путь к новым квантовым состояниям

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством профессора Стивена Уилсона изучают, как магнитные взаимодействия могут создавать необычные состояния вещества, перспективные для квантовых технологий. В статье, опубликованной в журнале Nature Materials, группа сообщила об инновационном способе использования фрустрации (разочарования) дальнего порядка в материале для создания нетрадиционных магнитных состояний.

Работа исследует, как несколько типов фрустрации взаимодействуют в этой области. Один из них — геометрическая фрустрация, когда магнитные моменты материала не могут расположиться в едином упорядоченном состоянии, оставаясь в колеблющемся, «разочарованном» состоянии. Это можно сравнить с крошечными магнитиками в узлах кристаллической решётки, которые в определённых геометриях (например, треугольной) не могут сориентироваться противоположно всем соседям одновременно.

Оказалось, что аналогичная фрустрация может возникать и с другими аспектами электрона, например, с его зарядом. Исследователи обнаружили крайне редкую систему материалов, в которой оба этих типа фрустрации сосуществуют. Это открывает возможность функционального контроля над одной фрустрированной системой через возмущение, воздействующее на другую.

Как пояснил Стивен Уилсон, некоторые из таких квантово-разупорядоченных магнитных состояний могут содержать дальнодействующее запутывание спинов, что представляет интерес для квантовых вычислений. «В принципе, если вы можете найти квантово-разупорядоченное основное состояние, содержащее дальнодействующее запутывание, то вопрос заключается в том, можно ли получить доступ к этому запутыванию, например, связав его с другим слоем, таким как фрустрированная связь», — отметил учёный.

ИИ: Это фундаментальное исследование прокладывает путь к созданию новых материалов с управляемыми квантовыми свойствами, что может стать основой для устройств квантовой информатики будущего. Работа на стыке физики твёрдого тела и квантовой механики демонстрирует, как сложные теоретические концепции находят практическое воплощение в инженерных материалах.