Исследователи из Университета Бирмингема достигли значительного прорыва в квантовой физике, разработав инновационный подход к созданию материалов со сложными неупорядоченными магнитными характеристиками на квантовом уровне. Работа, опубликованная в журнале Nature Communications, описывает материал на основе рутения, соответствующий условиям квантового спинового жидкого состояния Китаева, явления, которое учёные пытаются разгадать на протяжении десятилетий.
Квантовые спиновые жидкости характеризуются магнитными свойствами, которые выходят за рамки классических физических законов. В отличие от ферромагнетиков, например, магнитов на основе стержня, где электроны взаимодействуют друг с другом и выстраиваются в одном направлении, электроны в квантовых спиновых жидкостях соединяются через процесс, известный как квантовая запутанность. Хотя теоретическое существование квантовых спиновых жидкостей было доказано и смоделировано, до последнего времени их не удавалось создать экспериментально или обнаружить в природе.
Главный исследователь, доктор Люси Кларк, поясняет: «Это исследование является важным этапом в понимании процесса разработки новых материалов, которые позволят углубленно изучать квантовые состояния материи. Оно открывает целую группу материалов, которые до сих пор оставались недостаточно исследованными, и могут предоставить ценную информацию о проектировании новых магнитных свойств для применения в квантовых исследованиях».
Модель, разработанная теоретическим физиком Алексеем Китаевым в 2009 году, показала некоторые ключевые принципы функционирования квантовых спиновых жидкостей. Однако, несмотря на это, условия для требуемых магнитных взаимодействий оставались недоступными для экспериментального воспроизведения без возвращения материалов к традиционно упорядоченному магнитному состоянию.
Применяя инструменты в британском центре исследования нейтронов и мюонов ISIS, команда учёных из Бирмингема продемонстрировала, что новый материал с открытой структурой способен поддерживать настраиваемые взаимодействия между ионами рутения. Это открытие прокладывает новый путь к созданию квантового спинового жидкого состояния Китаева, показывая, что магнитные взаимодействия, возникающие в этих более открытых структурах, оказываются менее сильными. Это, в свою очередь, предоставляет больше возможностей для тонкой настройки их свойств.
Хотя нынешнее исследование не привело к созданию совершенного материала Китаева, оно установило мост между теорией и экспериментами в данной области и открыло перспективные направления для дальнейших исследований. Эта работа отражает значительное продвижение в управлении и понимании квантовых материалов с новыми, востребованными свойствами, выходящими за рамки классической физики.
Источник: iXBT
