Недавнее открытие физиков Университета Арканзаса могло бы помочь исследователям установить существование квантовых спиновых жидкостей-нового состояния материи. Они были тайной с тех пор, как они были впервые предложены в 1970-х гг. Если будет доказано их существование, квантовые спиновые жидкости станут шагом к гораздо более быстрым квантовым вычислениям следующего поколения.
Ученые сосредоточили внимание и исследования на так называемом Китаевском типе спиновой жидкости, названном в честь русского ученого Алексея Китаева, который впервые предложил его. В частности, они подробно рассмотрели два материала - RuCl3 и Na2IrO - в качестве кандидатов на этот тип. Оба имеют небольшие квантовые спиновые числа.
"Традиционные кандидаты довольно ограничены только этими двумя", - сказал Чансон Сюй, научный сотрудник отдела физики и первый автор статьи, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
В своей недавней работе физики значительно расширили число материалов, которые могут быть кандидатами в качестве квантовых спиновых жидкостей Китаева, взглянув на материалы с более высокими квантовыми числами спинов и подвергнув материалы физическому напряжению для настройки их магнитных состояний.
"Внезапно мы понимаем, что есть десятки кандидатов, которых мы можем предложить", - сказал Сюй.
Квантовые спиновые жидкости определяются их необычным магнитным расположением. Магниты имеют северный и южный полюс, которые в совокупности называются диполями. Они обычно производятся квантовым спином электронов. Внутри магнитного материала диполи имеют тенденцию быть параллельными друг другу (ферромагнетизм) или периодически чередовать свое направление вверх и вниз (антиферромагнетизм).
В случае гипотетических квантовых спиновых жидкостей диполи не так хорошо упорядочены. Вместо этого они демонстрируют необычное упорядочение на небольшом расстоянии друг от друга. Различный порядок создает разные типы спиновых жидкостей.
Сюй вместе с заслуженным профессором физики Лораном Беллайшем и его коллегами из Китая и Японии использовали вычислительные модели для предсказания квантово-спинового жидкого состояния Китаева в таких материалах, как йодид хрома и теллурид германия-хрома. По словам Сюй, работа, которая была поддержана грантами Арканзасского исследовательского альянса и Министерства энергетики, предоставит исследователям еще много материалов для изучения в поисках доказательства существования квантовых спиновых жидкостей.