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.