Исследователи Массачусетского технологического института открыли новое состояние вещества с новым состоянием магнетизма, которое было названо квантовая спи́новая жидкость (quantum spin liquid, QSL). За счет такой характеристики как квантовая запутанность дальнего действия (long-range entanglement) новое открытие может помочь достичь значительных успехов в хранении данных и способствовать развитию новых систем коммуникаций.В современном технологическом мире наибольшее распространение получили всего два вида магнетизма: ферромагнетизм и антиферромагнетизм. Первый известен человечеству уже сотни лет, и как в стрелке, вращающейся на игле компаса, так и в тех магнитах, с которыми мы играли в детстве, работает одно и то же свойство: магнитные моменты (к примеру, зарядов ионов и электронов) устанавливаются одном направлении, что вызывает появление двух полюсов.
В свою очередь в антиферромагнетиках устанавливается антиферромагнитный порядок магнитных моментов, в результате чего общая намагниченность равна нулю. Комбинация ферромагнетиков и антиферромагнетиков используется для работы спи́новых клапанов — магнитных сенсоров в головках жестких дисков.В случае же квантовых спиновых жидкостей вещество представляет из себя твердый кристалл, но его внутреннее магнитное состояние — жидкость, поскольку оно постоянно меняется. Магнитная ориентация электронов, их магнитный момент «течет», поскольку они активно взаимодействуют со своими соседями. За счет этого взаимодействия, сила которого достаточно велика, и квантовых эффектов магнитные моменты не остаются неподвижными, и наблюдается эффект дальнего взаимодействия квантовой запутанности.
Хотя на данный момент очень трудно доказать или подтвердить существование этого состояния измерениями, исследователь Ли Янг считает, что в свете наличия лишь теоретических моделей физических систем полученные данные являются наиболее интересными из существующих. Впервые о возможности существования квантовых спиновых жидкостей заговорил Филип Андерсон в 1987 году, упоминая, что такое состояние вещества может помочь для создания высокотемпературных сверхпроводников. Ли говорит, что работы велись уже давно, и лишь в последнее время начал наблюдаться определенный прогресс.
Сам по себе образец представляет кристалл минерала гербертсмитита. Ли и его коллегам повезло первым изготовить большой образец материала в прошлом году, и это заняло 10 месяцев. Теперь же они занимаются изучением его свойств. Изучение материала проводилось при помощи нейтронного рассеяния — специльности Ли, а также нейтронного спектрометра Национального института стандартов и технологий. Результат с высокой вероятностью свидетельствует о фрактализации магнитных моментов.
Ли заявил о том, что открытие квантовой спиновой жидкости означает возможный прорыв в устройствах хранения данных и развитие новых форм магнитных накопителей и связи. Как считает ученый, новое состояние вещества приближает нас к созданию высокотемпературных сверхпроводников — материалов, которые демонстрируют сверхпроводимость при относительно обычных температурах, а не только при охлаждении до −200°С.
Научный отчет
Пресс-релиз MIT
