Новости

Jun 13, 2023

Наблюдение квантово-неупорядоченного основного состояния в магните с треугольной решеткой

25 мая 2023 г. Особенность Это

25 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Ингрид Фаделли, Phys.org

Магнитные материалы с треугольной решеткой были в центре внимания многочисленных исследований, поскольку теоретические предсказания предполагают, что они могут проявлять состояния спиновой жидкости. Это квантовые фазы материи, обладающие интересными характеристиками, такими как квантовая запутанность и фракционированные возбуждения.

Хотя было предпринято множество экспериментальных усилий, направленных на наблюдение этих удивительных фаз в материалах с треугольной решеткой, до сих пор это оказалось очень сложной задачей. Основная причина этого заключается в том, что слабое спин-орбитальное взаимодействие и другие возмущения в этих материалах обычно приводят к обычному спиновому замораживанию или магнитным состояниям.

Исследователи из Калифорнийского университета, Бостонского колледжа, Национальной лаборатории Ок-Ридж и Национального института стандартов и технологий недавно смогли создать квантово-неупорядоченное основное состояние в треугольном решеточном магните NaRuO2. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предполагают, что это состояние стало возможным благодаря совместному взаимодействию между спин-орбитальным взаимодействием и корреляционными эффектами в магнитном материале.

«Мы долгое время изучали треугольные решетки в поисках материалов, в которых находится то, что мы называем квантово-неупорядоченными основными состояниями», — рассказал Phys.org Стивен Д. Уилсон, один из исследователей, проводивших исследование. «Это состояния, в которых магнитные моменты каждого атома, каждый из которых находится в сети треугольников с общими краями, не упорядочиваются или застывают на месте даже при абсолютном нуле. Эта неупорядоченность номинально возникает из-за квантовых флуктуаций, которые постоянно перемешивают моменты. и служат для определения нового, внутренне неупорядоченного и динамического основного магнитного состояния».

Один из подходов к реализации основных квантовых состояний в материалах включает в себя определение эффективных стратегий, позволяющих связать орбитальную степень свободы отдельных электронов со степенью свободы их спина. В конечном итоге этого можно достичь, тщательно комбинируя различные элементы вместе, например, включая рутений (Ru) в соединения, который также был включен в образец NaRuO2, полученный командой.

«Основная задача заключалась в том, чтобы получить чистый материал, который нас интересовал, NaRuO2», — объяснил Уилсон. «Чтобы по-настоящему проверить, что происходит в сфере квантового магнетизма, вам действительно нужно максимально удалить внешние факторы, такие как химические примеси. Как только мы создали NaruO2 достаточного качества, мы могли провести несколько экспериментов, и все они раскрывая немного больше о физике того, что происходит. Другими словами, вам нужно несколько разных окон, чтобы сформировать полную картину сложного материала».

После того, как они получили чистый образец NaRuO2, Уилсон и его коллеги приступили к проведению серии тестов и экспериментов, чтобы лучше понять лежащую в его основе физику. Сначала они исследовали его, используя основные методы объемной характеристики, например, измерив его магнитную восприимчивость и теплоемкость вплоть до очень низких температур.

«Мы также провели более сложные эксперименты, такие как неупругое рассеяние нейтронов и измерения спиновой релаксации мюонов», — сказал Уилсон. «Все эти зонды рассказывают нам немного о том, что делают магнитные моменты в NaRuO2, когда вы охлаждаетесь до основного состояния, каждый с разной длиной и в разных масштабах времени. Когда совокупная картина показывает, что магнитные моменты не упорядочиваются и вместо этого колеблются как если вы охладитесь до температуры намного ниже той, которая должна быть, тогда вы сможете начать рисовать картину квантово-неупорядоченного основного состояния».