Ученые открывают новую квантовую спиновую жидкость
TbInO3 обладает квантовым спиновым жидким состоянием, долгожданным и необычным состоянием вещества
Международная исследовательская группа во главе с учеными из Университета Ливерпуля и Университета МакМастера совершила значительный прорыв в поиске новых состояний материи.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, исследователи показали, что оксид металла, связанный с перовскитом, TbInO3, обладает квантовым спиновым жидким состоянием, долгожданным и необычным состоянием вещества.
Используя передовые экспериментальные технологии, включая неупругое рассеяние нейтронов и мюонную спектроскопию, исследователи обнаружили, что экзотическое квантовое состояние в TbInO3 возникает из-за сложности локальной среды вокруг магнитных ионов в материале, в данном случае редкоземельного элемента тербия.
Открытие стало неожиданностью для ученых, поскольку TbInO3 — это материал, который, как ожидается, не будет демонстрировать такое необычное магнитное поведение в зависимости от его кристаллической структуры.
Квантово-спиновое жидкое состояние теоретически было предложено более сорока лет назад нобелевским лауреатом Филиппом Андерсоном. В квантовых спиновых жидкостях магнитные моменты ведут себя как жидкость и не замерзают и не упорядочиваются даже при абсолютном нуле, что приводит к появлению нескольких необычных свойств материалов.
Материализация квантовых спиновых жидкостей все еще широко оспаривается. Таким образом, обнаружение и исследование новых материалов, которые могут содержать это состояние вещества, являются активными областями передовых исследований материалов и имеют потенциальное применение в развитии квантовых вычислений.
Доктор Люси Кларк, которая возглавляет программу исследования квантовых материалов, сказала: «Нам потребовалось несколько лет напряженной работы и экспериментов, чтобы достичь этой точки в нашем понимании TbInO3».
«При изучении сложных квантовых состояний вещества, таких как квантовая спиновая жидкость, проведение одного эксперимента часто поднимает больше вопросов, чем может дать ответов. В случае TbInO3, однако, физика особенно богата, и поэтому мы были особенно склонны продолжать. Наше исследование показывает, что TbInO3 — это удивительный магнитный материал, и он, скорее всего, будет обладать еще многими интересными свойствами, которые нам еще предстоит раскрыть».
Lucy Clark et al. Two-dimensional spin liquid behaviour in the triangular-honeycomb antiferromagnet TbInO3, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038/s41567-018-0407-2