В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, исследователи показывают, что оксид металла, связанный с перовскитом, TbInO3, проявляет квантово-спиновое жидкое состояние, долгожданное и необычное состояние вещества.
Используя передовые экспериментальные технологии, включая неупругое рассеяние нейтронов и мюонную спектроскопию, исследователи обнаружили, что экзотическое квантовое состояние в TbInO3 возникает из-за сложной локальной среды вокруг магнитных ионов в материале, в данном случае редкоземельного элемента. тербий.
Открытие стало неожиданностью для команды, поскольку TbInO3 – это материал, который, как ожидается, не будет демонстрировать такое необычное магнитное поведение, основанное на его кристаллической структуре.
Квантово-спиновое жидкое состояние было теоретически предложено более сорока лет назад нобелевским лауреатом Филипом 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 до сих пор широко оспаривается. Таким образом, открытие и исследование новых материалов, которые могут содержать это состояние материи, являются активными областями передовых исследований материалов и имеют потенциальные приложения в развитии квантовых вычислений.
Д-р Люси Кларк из Университета инновационных материалов, возглавляющая программу исследования квантовых материалов, сказала: «Нам потребовалось несколько лет упорной работы и экспериментов, чтобы достичь этой точки в нашем понимании TbInO3."
"При изучении сложных квантовых состояний материи, таких как квантовая спиновая жидкость, проведение одного эксперимента часто вызывает больше вопросов, чем может дать ответ. В случае с TbInO3, однако, физика особенно богата, и поэтому мы были особенно побуждены к упорству.
Наше исследование показывает, что TbInO3 – удивительный магнитный материал, и у него, скорее всего, есть еще много интересных свойств, которые нам еще предстоит раскрыть."
«Ни одна из этих работ не была бы возможна без сотрудничества с нашими коллегами из ведущих мировых центральных лабораторий в Окриджской национальной лаборатории и лаборатории ISIS в лаборатории Резерфорда Эпплтона, где проводилась большая часть наших экспериментов. Обе эти установки производят частицы, в частности нейтроны и мюоны, которые мы можем использовать для исследования атомной структуры и свойств материалов, чтобы выявить природу новых фаз, таких как квантовая спиновая жидкость."
Профессор Брюс Гаулин, директор Института исследования материалов Брокхауза в Университете Макмастера, сказал: «Этот материал кажется обманчиво простым, со спицами тербия, украшающими двумерную треугольную архитектуру.
Но с полным набором современных экспериментальных методов, имеющихся в нашем распоряжении, низкотемпературный магнетизм этой структуры, основанный на двух различных тербиевых средах, демонстрирует совершенно экзотическое квантовое неупорядоченное состояние вещества – неожиданный и захватывающий результат."
Д-р Люси Кларк добавила: «Ключом к успеху проекта стало сильное и устойчивое международное сотрудничество, в том числе группа, возглавляемая профессором Санг-Вуком Чеонгом, директором Центра синтеза квантовых материалов в Университете Рутгерса."