Учёные из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета провели фундаментальное исследование, в рамках которого впервые было экспериментально подтверждено существование квантового спинового состояния в материале с кагоме-решёткой. Результаты данной работы, опубликованные в престижном научном журнале Nature Physics, представляют собой значительный вклад в изучение феномена квантовых спиновых жидкостей, являясь ключевым этапом в развитии теории конденсированных сред и квантовой материи.
Квантовая спин-жидкость представляет собой уникальное состояние вещества, характеризующееся отсутствием традиционного магнитного порядка и наличием сильной квантовой запутанности даже при экстремально низких температурах. Это явление представляет собой парадигмальный сдвиг в понимании природы электронных корреляций и открывает новые перспективы для разработки передовых технологий, таких как квантовые компьютеры и системы сверхплотного хранения информации.
В рамках данного исследования команда под руководством профессора Янга С. Ли разработала высококачественные образцы материала — цинкового барлоуита с кагоме-решёткой. Эти образцы были подвергнуты криогенному охлаждению до температур порядка нескольких милликельвинов, после чего проводилось детальное изучение элементарных магнитных возбуждений с использованием метода неупругого рассеяния нейтронов — высокоточного инструмента для анализа спиновых корреляций в твёрдых телах.
В результате проведённых измерений было установлено, что фундаментальные спиновые возбуждения в кагоме-слоях обладают не магнонной, а спинонной природой. Спиноны представляют собой дробные квазичастицы, являющиеся составными элементами стандартных спиновых возбуждений. Полученные экспериментальные данные находятся в полном соответствии с теоретическими предсказаниями и результатами исследований другого кагоме-материала — гербертсмитита, что свидетельствует о наличии универсального характера спиновых возбуждений в системах с кагоме-решёткой.
Сходство результатов указывает на возможность существования квантовой спин-жидкости в широком классе материалов, обладающих кагоме-решётчатой структурой. Профессор Янг С. Ли подчёркивает, что фундаментальным вопросом остаётся идентификация материала, который может однозначно подтвердить основное состояние квантовой спин-жидкости, что является ключевой задачей дальнейших исследований.
Понимание природы квантовых спин-жидкостей имеет стратегическое значение для развития квантовых технологий. Это открывает перспективы создания высокоэффективных квантовых систем, способных революционизировать области вычислений и хранения данных, что, в свою очередь, может привести к значительным достижениям в науке и технике, пишет progorodsamara.ru.