Открыто новое магнитное состояние: квантовая спиновая жидкость

21 декабрь, 2012 - 14:26

Открыто новое магнитное состояние: квантовая спиновая жидкость

Экспериментальная работа ученых MIT впервые продемонстрировала существование нового магнитного состояния, получившего название квантовая спиновая жидкость (quantum spin liquid, QSL).

Как сообщается в свежем издании журнала Nature, QSL это твердый кристалл, но в магнитном отношении он представляет собой жидкость. В отличие от двух ранее известных магнитных свойств — ферромагнетизма и антиферромагнетизма — в QSL магнитные ориентации отдельных частиц не фиксированы, а постоянно флуктуируют, что напоминает непрерывное движение молекул в жидкости.

Филип Андерсон (Philip Anderson), ведущий теоретик проекта, впервые выдвинул гипотезу о возможности такого состояния еще в 1987 г., указав, что QSL может быть родственно высокотемпературной сверхпроводимости. С тех самых пор предпринимались попытки создания этого экзотического состояния, но прогресс был достигнут только недавно. В 2007 г. ученые обратили внимание на необычные свойства, добываемого в Чили минерала герберсмитита, а в прошлом году впервые смогли изготовить достаточно крупный — длиной 7 мм и массой 0,2 г — чистый кристалл этого минерала (процесс выращивания занял около 10 месяцев), что сделало возможным более детальное изучение его свойств.

Преодолеть трудности, связанные с обнаружением и измерением нового состояния, удалось, применив метод рассеивания нейтронов. В этих целях использовалась установка нейтронной спектрометрии Национального института стандартов и технологий в Гайзерсбурге (штат Мэриленд).

В ходе исследований команда MIT сделала фундаментальное открытие. Они обнаружили, что квантовые состояния материала QSL выражаются дробными — не целочисленными — величинами. Дробные состояния предсказывались прежде некоторыми теоретиками, но эта гипотеза оставалась весьма спорной. Фактически, экспериментаторы выяснили, что эти возбужденные состояния, названные спинонами, вместо дискретной последовательности формируют континуум значений.

Авторы считают маловероятным, что их работа сможет найти практическое применение иначе как в весьма отдаленной перспективе. Помимо очевидных направлений — хранения данных и коммуникаций — квантовая спиновая жидкость также способна придать новый импульс исследованиям высокотемпературной сверхпроводимости.