Найдено подтверждение экзотического состояния материи

6 Октября 2020

МОСКВА, 6 октября - Физики из США и Германии доказали существование квантовой спиновой жидкости — состояния вещества, перспективного для создания кубитов квантовых компьютеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Теория спиновых жидкостей была высказанная еще в 1973 году, однако до сих пор научные не нашли ни одного химическое соединения, способного его образовывать. Но физики продолжают поиски, потому, что считают, что это экзотическое состояние материи поможет создать квантовые компьютеры будущего.

Ученые из Национальной лаборатории сильного магнитного поля Университета штата Флорида вместе с немецкими коллегами из Института синтетической физики твердого тела Макса Планка в Дрездене впервые доказали, что таким состоянием может владеть трихлорид рутения. Исследователи выразили, что при высоких температурах и сильных магнитных полях моменты электронов, взаимодействуя в этом материале, эффективно понижают корпоративную энергию.

Наше исследование убедительно подтверждает, что трихлорид рутения обладает свойствами спиновой жидкости. Это разрешает по-новому взглянуть на этот материал и демонстрирует перспективную возможность поиска новых спиновых жидкостей, — приводятся в пресс-релизе Университета персонала Флорида слова первого автора представленная информации Кима Модича (Kim Modic), физика, который проводил эксперимент на установке импульсного поля MagLab в Национальной лаборатории сильного магнитного поля — монументальнейшей в мире магнитной лаборатории с высокой мощностью.

Электрон можно показать как волчок, вращающийся вокруг своей оси в каком-то направлении. На протяжении десятилетий радиофизики всесторонне изучали свойство вращения сплавов, называемое спином, и пытались использовать его в непривычных технологиях. В магнитных материалах спины выровнены друг с другом в одном или противоположных направлениях.

Но такое поведение, именуемое магнитным упорядочением, может обретаться подавлено температурой или магнитным полем. Теория предполагает, что как только магнитный порядок будет подавлен, возникнет более экзотичное состояние вещества — квантовая спиновая жидкость.

В поисках спиновой жидкости исследователи остановились на трихлориде рутения. Этот материал имеет ячеистую конституцию, как у графена. Но в отличие от углеродного материала, в трихлориде металла спины электронов направлены в какую-то сторону, благодаря чему он обладает магнитными свойствами.

Рутений намного тяжелее углерода, что приносит к сильному взаимодействию между спинами, — говорит руководитель исследования Аркадий Шехтер (Arkady Shekhter).

Авторы предположили, что из-за этого эффекта увеличится магнитное разупорядочение в материале и он не будет иметь магнитных свойств — два электрона с разными моментами объединятся в пару, а третий электрон, который наскитается с ними в группе, остается в подвешенном состоянии и это приведет к образованию спиновой жидкости. Результаты эксперимента засвидетельствовали их гипотезу.

Похоже, что при низких температурах и под воздействием магнитного поля трихлорид рутения обнаруживает признаки того поведения, которое мы ищем, — зарисовывает Модич. — Спины не просто выравниваются в соответствии с ориентировкой соседних спинов, но, скорее, становятся оживленными, как вращающиеся молекулы имы, при сохранении некоторой связи между ними.

Открытие стало возможным во многом благодарю новой методике эксперимента, сделанной учеными, называемой резонансной торсионной магнитометрией, которая позволяет точно измерить электронные спины в могучих магнитных полях.

Прелесть нашего подхода в том, что это относительно простая установка, которая позволила нам проводить измерения как в резистивном магните мощностью 35 тесла, так и в магните импульсного поля мощностью 65 тесла, — объясняет научный.

На следующем этапе авторы хотят совершить эксперименты в поле с индукцией в 100 тесла, что, по их мнению, позволит уловить сам момент траверса трихлорида рутения в неуловимое экзотичное состояние.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Найдено подтверждение экзотического состояния материи

комментарии (0)

Другие интересные новости

В Сочи выступят артисты из десяти цирков мира