|
|||||||||
|
|
||||||||
30.03 - 21:16
Физики получили новую спиновую жидкость из октупольного квантового льда![]() Физики открыли новую разновидность квантовой спиновой жидкости, в основе которой лежит ранее предсказанное экзотическое состояние квантового спинового льда из октупольных магнитных моментов. Открытие сделано в соединении Ce2Sn2O7 со структурой минерала пирохлора, статья опубликована в журнале Nature Physics. Самое распространенное состояние магнитных веществ, особенно при низких температурах, — это магнитное упорядочение. При магнитном упорядочении все спины в веществе направлены в строго определенных направлениях и им очень сложно это направление поменять. Это происходит из-за того, что они жестко связаны между собой обменным взаимодействием, которое заставляет соседние спины выстраиваться по отношению друг к другу под определенным углом. Рисунок спинов в упорядоченных веществах может быть как простым (все спины в одном направлении), так и сложным (например, спираль). Но все эти рисунки объединяет то, что они периодичны. Поэтому магнитное упорядочение также называют дальним магнитным порядком, так как он определяет взаимное направление спинов во всем веществе. Магнитному упорядочению обязаны свойствами, например, ферромагнетики, которые известны своей способностью прилипать к железу и друг к другу. Гораздо более редким состоянием является квантовая спиновая жидкость. В такой жидкости (по своему агрегатному состоянию вещество остается вполне себе твердым) при сверхнизкой температуре не наблюдается магнитного упорядочения, но формируется коллективное запутанное состояние спинов. Отсутствие магнитного упорядочения означает, что спины оказываются не закреплены даже при самых низких температурах — они все еще могут переворачиваться или поворачиваться. Но, так как спины связаны между собой сильным обменным взаимодействием, все их движения согласованы даже на больших расстояниях и представляют собой единую подвижную квантовую систему. Эту связность (запутанность) можно использовать, например, для построения защищенного от ошибок квантового компьютера. Подробнее о спиновых жидкостях и квантовых компьютерах можно прочесть в наших материалах Квантовой азбуки: «Спиновая жидкость» и «Квантовый компьютер». Существуют и другие необычные неупорядоченные магнитные состояния. Например, спиновый лед, в котором спины оказываются «заморожены» в каком-то конкретном, но хаотическом состоянии, без дальнего порядка. Однако это состояние кажется хаотическим только на первый взгляд. При ближайшем рассмотрении оказывается, что соседние спины в таком веществе расположены по определенному правилу, то есть существует ближний магнитный порядок. Для некоторых веществ, например, со структурой минерала пирохлора, эти правила аналогичны поведению молекул воды в кристаллах обычного льда.
Поделиться Ромейн Сибилле (Romain Sibille) вместе с коллегами обнаружил новое вещество Ce2Sn2O7 со структурой пирохлора и подтвердил его принадлежность к классу квантового спинового льда. В процессе поиска физики воспользовались тем фактом, что редкоземельные элементы, например, церий, могут создавать более сложные магнитные моменты (не дипольные, а более высокого порядка), и предсказаниями теоретиков о том, что для таких моментов «ледовые правила» предсказывают формирование квантового спинового льда. Ученым впервые удалось реализовать эти предсказания теоретиков на практике и показать, что состояние квантового спинового льда может быть реализовано для магнитных моментов восьмого порядка, то есть для октуполей. Для того, чтобы доказать, что в Ce2Sn2O7 действительно реализуется экзотическое квантовое состояние, авторам пришлось задействовать целый набор самых современных методов экспериментальной физики и теоретического моделирования. Они использовали методы нейтронографии и мюонной спектроскопии, измерения магнитной восприимчивости и теплоемкости при сверхнизких температурах, расчеты из первых принципов и другие сопутствующие методики. В результате ученым удалось подтвердить, что за реализацию квантового спинового льда в Ce2Sn2O7 ответственно сочетание диплольного и октупольного ближнего магнитного порядка. Таким образом, это соединение является первым примером новой экзотической разновидности квантовой спиновой жидкости, в основе который лежит состояние квантового спинового льда из мультипольных магнитных моментов. В ходе экспериментов авторы также нашли возможные способы управления такой квантовой спиновой жидкостью — с помощью магнитных полей или температуры — что открывает перспективы для их применения. Современная физика конденсированного состояния открывает множество новых состояний, которые не описываются в привычных моделях. Про другие экзотические квантовые состояния вещества писали два года назад. Ученые пронаблюдали моттовский переход из металл-диэлектрик в веществе, которое при очень низкой температуре является спиновой жидкостью. Екатерина Козлякова, Артем Моськин https://nplus1.ru/ Ключевые слова:
|
|||||||||
Читайте также:
Полезные свойства меда, которые следует знать каждомуМед является одной из самых древних и ценных природных продукций, известных человечеству Przydatne właściwości miodu, które każdy powinien znaćMiód jest jednym z najstarszych i najcenniejszych produktów naturalnych znanych ludzkości Дефицит магния: 5 признаков опасной потери важного минералаМагний играет критическую роль в функционировании нашего организма, однако многие люди не получают достаточно этого минерала в своей диете Useful properties of honey that everyone should knowHoney is one of the oldest and most valuable natural products known to mankind Дефіцит магнію: 5 ознак небезпечної втрати важливого мінералуМагній відіграє критичну роль у функціонуванні нашого організму, проте багато людей не отримують достатньо цього мінералу у своїй дієті |
|||||||||
|