Физики открыли новое состояние вещества, предсказанное 40 лет назад

Фото:  Alex Sukontsev /flickr

В новом исследовании ученые получили экспериментальные доказательства существования квантовой спиновой жидкости — особого состояния магнитного вещества, в котором спины частиц остаются в «жидком» состоянии даже при очень низких температурах. Подобные системы могут использоваться в квантовых компьютерах для повышения производительности.

В обычном магнитном веществе спины — магнитные моменты отдельных частиц — ведут себя как маленькие магниты и при сильном понижении температуры образуют упорядоченную структуру, ориентируясь в одну сторону. Совсем иначе ведет себя квантовая спиновая жидкость: она получила свое название за то, что в ней спины электронов остаются «жидкими», то есть не выстраиваются в упорядоченную структуру даже при очень низких температурах.

Такое состояние было предсказано еще 40 лет назад, однако до сих пор ученым не удавалось получить реальных экспериментальных доказательств, что оно существует. В новой работе международная группа исследователей изучила некоторые свойства спиновой жидкости. Результаты их экспериментов опубликованы в журнале Nature Materials.

Одно из характерных свойств квантовой спиновой жидкости — так называемое фракционирование электронов, то есть их «распад» на две частицы. Чтобы создать условия, в которых возникает квантовая спиновая жидкость, ученые использовали кристаллы хлорида рутения (RuCl_3), изучая их магнитные свойства под действием потока нейтронов (нейтральных компонент ядра атомов). По спектру потока отраженных частиц можно было судить о распределении магнитных зарядов в образце. Анализ полученных данных подтвердил, что при низких температурах в кристалле хлорида рутения может формироваться квантовая спиновая жидкость.

Особый интерес к фракционированию электронов связан с их потенциальным использованием при создании квантовых компьютеров. Теоретически кубиты на их основе будут более стабильными и менее чувствительными к помехам, и квантовые компьютеры, использующие фракционированные электроны, смогут проводить вычисления быстрее, чем современные.
Теги:

Читать еще на Чердаке: