Шредингер бы одобрил. Ученые нашли жидкость, которая на самом деле твердый кристалл
NewsMakerИсследование укрепляет позиции одной из самых спорных фаз материи.
Учёные нашли новые убедительные следы одного из самых загадочных состояний вещества — квантовой спиновой жидкости — в точно выращенных кристаллах с необычной «кэгомэ»-решёткой. Изучая новый материал из этого семейства, физики увидели те же экзотические проявления, что и раньше в другом соединении, и это намекает: речь не о редкой аномалии конкретного образца, а о общем квантовом состоянии, характерном для целого класса подобных кристаллов.
В обычных магнитах спины электронов — условные «стрелки компаса» — стремятся выстроиться в упорядоченные структуры, и такие рисунки сравнительно легко обнаружить экспериментально. Квантовая спиновая жидкость устроена иначе: даже при температурах, близких к абсолютному нулю, спины не «успокаиваются» и продолжают хаотично колебаться. При этом поведение системы определяется квантовой запутанностью — связью между частицами, из-за которой их состояния остаются согласованными даже на расстоянии. Именно отсутствие привычного порядка и делает спиновые жидкости крайне сложными для однозначного доказательства: необычные сигналы можно списать на дефекты, примеси или особенности конкретного вещества.
Чтобы убрать этот аргумент, учёные из Стэнфорда решили проверить, насколько наблюдаемые эффекты универсальны. Ранее исследователи работали с кэгомэ-материалом гербертсмититом и зафиксировали в нём необычные магнитные возбуждения. Но оставался вопрос: это фундаментальный признак квантовой спиновой жидкости или «характер» одного единственного соединения?
В новой работе учёные синтезировали высококачественные монокристаллы другого кандидата — Zn-барловита. Получить такие «чистые» и хорошо упорядоченные образцы трудно, но без них невозможно провести точные измерения. Кристаллы охладили до сверхнизких температур, чтобы приблизиться к их основному, минимально энергетическому состоянию, а затем исследовали с помощью высокоточного неупругого рассеяния нейтронов. Нейтроны особенно удобны в таких экспериментах: они глубоко проникают внутрь кристалла и напрямую взаимодействуют со спинами электронов, позволяя увидеть, как спины связаны между собой в пространстве и как меняются во времени.
Учёные нашли новые убедительные следы одного из самых загадочных состояний вещества — квантовой спиновой жидкости — в точно выращенных кристаллах с необычной «кэгомэ»-решёткой. Изучая новый материал из этого семейства, физики увидели те же экзотические проявления, что и раньше в другом соединении, и это намекает: речь не о редкой аномалии конкретного образца, а о общем квантовом состоянии, характерном для целого класса подобных кристаллов.
В обычных магнитах спины электронов — условные «стрелки компаса» — стремятся выстроиться в упорядоченные структуры, и такие рисунки сравнительно легко обнаружить экспериментально. Квантовая спиновая жидкость устроена иначе: даже при температурах, близких к абсолютному нулю, спины не «успокаиваются» и продолжают хаотично колебаться. При этом поведение системы определяется квантовой запутанностью — связью между частицами, из-за которой их состояния остаются согласованными даже на расстоянии. Именно отсутствие привычного порядка и делает спиновые жидкости крайне сложными для однозначного доказательства: необычные сигналы можно списать на дефекты, примеси или особенности конкретного вещества.
Чтобы убрать этот аргумент, учёные из Стэнфорда решили проверить, насколько наблюдаемые эффекты универсальны. Ранее исследователи работали с кэгомэ-материалом гербертсмититом и зафиксировали в нём необычные магнитные возбуждения. Но оставался вопрос: это фундаментальный признак квантовой спиновой жидкости или «характер» одного единственного соединения?
В новой работе учёные синтезировали высококачественные монокристаллы другого кандидата — Zn-барловита. Получить такие «чистые» и хорошо упорядоченные образцы трудно, но без них невозможно провести точные измерения. Кристаллы охладили до сверхнизких температур, чтобы приблизиться к их основному, минимально энергетическому состоянию, а затем исследовали с помощью высокоточного неупругого рассеяния нейтронов. Нейтроны особенно удобны в таких экспериментах: они глубоко проникают внутрь кристалла и напрямую взаимодействуют со спинами электронов, позволяя увидеть, как спины связаны между собой в пространстве и как меняются во времени.