|
Загадочное и уникальное поведение квантового материала
|
|
|
|
В загадочном мире квантовых материалов вещи не всегда ведут себя так, как мы ожидаем. Эти материалы обладают уникальными свойствами, регулируемыми правилами квантовой механики, что часто означает, что они могут выполнять задачи, которые традиционные материалы не могут выполнять — например, проводить электричество без потерь — или обладать магнитными свойствами, которые могут оказаться полезными в передовых технологиях. В некоторых квантовых материалах проходят крошечные магнитные волны, называемые магнонами, которые ведут себя загадочным образом. Понимание магнонов помогает нам раскрыть секреты работы магнитов на микроскопическом уровне, что имеет решающее значение для следующего поколения электроники и компьютеров.
|
|
|
|
Ученые изучали, как эти магноны действуют в сильных магнитных полях, и до сих пор думали, что знают, чего ожидать. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, исследователи под руководством Хенрика Рённоу и Фредерика Мила из EPFL раскрыли новое, неожиданное поведение квантового материала, бората меди-стронция, SrCu2(BO3)2. Исследование бросает вызов нашему нынешнему пониманию квантовой физики, но также намекает на захватывающие возможности для будущих технологий. Но зачем этот материал? Специфика довольно техническая, но SrCu2(BO3)2 важен в области квантовых материалов, поскольку это единственный известный реальный пример «модели Шастри-Сазерленда», теоретической основы для понимания структур, в которых расположение и взаимодействия атомов не позволяют им перейти в простое упорядоченное состояние.
|
|
|
Эти структуры известны как «сильно разрушенные решетки» и часто придают квантовому материалу сложное, необычное поведение и свойства. Итак, уникальная структура SrCu2(BO3)2 делает его идеальным кандидатом для изучения сложных квантовых явлений и переходов. Для изучения магнонов в SrCu2(BO3)2 ученые использовали метод, называемый рассеянием нейтронов. По сути, они запускали нейтроны в материал и измеряли их отклонения от него. Рассеяние нейтронов особенно эффективно при изучении магнитных материалов, поскольку нейтроны, будучи нейтральными по заряду, могут расшифровывать магнетизм, не подвергаясь воздействию заряда электронов и ядер в материале. Эта работа была проведена на установке по рассеянию нейтронов в сильном поле в Центре Гельмгольца в Берлине, которая была способна исследовать поля до 25,9 Тесла, что делало это беспрецедентным уровнем изучения магнитного поля, что позволило ученым наблюдать поведение магнонов. напрямую.
|
|
|
|
Затем они объединили данные с расчетами «цилиндрических матричных состояний» — мощным вычислительным методом, который помог подтвердить экспериментальные наблюдения рассеяния нейтронов и понять двумерное квантовое поведение материала. Уникальный подход выявил нечто удивительное: вместо того, чтобы вести себя как отдельные, независимые единицы, как и ожидалось, магноны материала объединялись в пары, образуя «связанные состояния» — например, объединялись в пары для танца, а не в одиночку. Это необычное сочетание приводит к новому, неожиданному квантовому состоянию, которое влияет на свойства материала: «спин-нематическая фаза». Думайте об этом как о магнитах на холодильнике: обычно они указывают на север или юг (это вращение), но эта новая фаза касается не того направления, на которое они указывают, а скорее того, как они выравниваются друг с другом, создавая уникальный узор. Это открытие демонстрирует невиданное ранее поведение магнитных материалов. Открытие скрытого правила квантовой физики может привести нас к новым способам использования магнитных материалов для квантовых технологий, о которых мы еще даже не думали.
|
|
|
|
Источник
|
