Исследователи из университета Райса (США) раскрыли истинную природу загадочного магнитного материала, который ранее ошибочно принимали за экзотическую квантовую спиновую жидкость. Оказалось, что необычные свойства соединения гексаалюмината церия-магния скрывают за собой совершенно новое, неизвестное ранее состояние вещества. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Квантовые спиновые жидкости вызывают интерес в мировом научном сообществе из-за их потенциала для развития квантовых вычислений. В отличие от обычных материалов, которые при охлаждении почти до абсолютного нуля замирают в едином магнитном порядке, спиновые жидкости постоянно и хаотично колеблются между множеством состояний исключительно благодаря законам квантовой механики.
Соединение гексаалюмината церия-магния долгое время демонстрировало именно такие классические признаки квантовой жидкости: в нем отсутствовал четкий магнитный порядок и наблюдался непрерывный спектр энергетических состояний. Однако более пристальное изучение материала с помощью рассеяния нейтронов и лабораторных измерений показало, что квантовый мир может быть невероятно обманчив.
Физики выяснили, что наблюдаемый непрерывный спектр состояний возникает вовсе не из-за экзотичных квантовых эффектов. Причиной физической аномалии стала структурная борьба между двумя противоположными магнитными силами — ферромагнитными и антиферромагнитными взаимодействиями. Граница между этими двумя формами поведения в данном материале оказалась аномально слабой.
Из-за такой жесткой магнитной конкуренции одни ионы ведут себя как ферромагнетики, а их соседи по кристаллической структуре — как антиферромагнетики. Эта смешанная хаотичная система не позволяет материалу сформировать единое упорядоченное состояние. При сильном охлаждении вещество может принять любую из десятков низкоэнергетических конфигураций, и создает тем самым идеальную иллюзию настоящей квантовой спиновой жидкости.
Фундаментальное отличие заключается в том, что в новом открытом состоянии материи система, однажды «выбрав» конфигурацию при охлаждении, навсегда физически замирает в ней, не перескакивая постоянно между фазами. Это случайное открытие лишний раз напоминает ученым о том, насколько сложно устроены магнитные системы: даже если все сигналы указывают на квантовую природу, реальная физика процесса может оказаться совершенно иной.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики раскрыли загадочную природу кристаллов хлорида рутения.
