Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета сообщили о получении экспериментальных доказательств существования квантового спинового состояния в магнитном материале с решёткой кагоме. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics и, по оценке авторов, продвигают понимание фундаментальных принципов, лежащих в основе квантовых спиновых жидкостей.
Квантовая спиновая жидкость — это экзотическое состояние вещества, при котором спины электронов не выстраиваются в упорядоченную структуру даже при крайне низких температурах, а продолжают флуктуировать. Такое состояние характеризуется высокой степенью квантовой запутанности и отсутствием традиционного магнитного порядка.
Группа под руководством Янга С. Ли синтезировала высококачественные образцы нового материала на основе Zn‑барлоуита, содержащего слои с кагоме‑решёткой. Образцы охладили до очень низких температур и исследовали методом неупругого рассеяния нейтронов высокого разрешения. Нейтроны, проходя через кристалл, рассеиваются на спинах в активных слоях кагоме, что позволяет регистрировать элементарные магнитные возбуждения и сравнивать их с теоретическими моделями.
Измерения показали, что фундаментальные возбуждения спинов в кагоме‑слоях проявляются не в виде обычных магнонов, а в форме спинонов — фракционализированных носителей, которые ведут себя как «части» стандартных спиновых возбуждений. Наблюдаемая картина совпала с ранее зафиксированными возбуждениями в другом кагоме‑материале — гербертсмитите.
Это сходство указывает на то, что одно и то же квантовое спиновое жидкое состояние может быть универсально присуще целому классу кагоме‑материалов. Янг С. Ли отмечает, что важной целью для этой области исследований остаётся достижение консенсуса хотя бы по одному реальному материалу, для которого будут получены неопровержимые доказательства основного состояния квантовой спиновой жидкости. Представленные результаты рассматриваются как ещё один значимый шаг в этом направлении. В дальнейшем более полное понимание таких состояний может способствовать развитию новых квантовых технологий, включая квантовые вычисления и хранение информации.
Читайте также: