Решение физической головоломки стало возможным благодаря выявлению эффекта, схожего с поведением фотонов, в уникальном квантовом материале. Это открытие подтверждает существование настоящей трехмерной квантовой спиновой жидкости и открывает новые горизонты для глубокого изучения сложных форм организации вещества.
Под руководством физика Пэнчэна Дая из Университета Райса международная группа ученых подтвердила наличие фотонов и фракционированных спиновых возбуждений в уникальной квантовой спиновой жидкости. Кристаллический оксид церия-циркония (Ce2Zr2O7) служит ярким примером трехмерного выражения этого редкого состояния вещества, как сообщает ScienceDaily.
Квантовые спиновые жидкости давно привлекают внимание физиков, поскольку могут стать основой для новых прорывных технологий, включая квантовые компьютеры. Эти материалы отличаются от классических магнитов отсутствием традиционной магнитной структуры. Их магнитные моменты постоянно запутаны и находятся в непрерывном коллективном движении при низких температурах, создавая состояние, аналогичное возникающей квантовой электродинамике.
«Мы смогли решить одну из ключевых научных задач, экспериментально зарегистрировав эти возбуждения. Наше открытие демонстрирует, что Ce2Zr2O7 действительно проявляет свойства истинного квантового спинового льда — особого класса трехмерных квантовых спиновых жидкостей», — комментирует профессор физики и астрономии Пэнчэн Дай. Для точного выявления трудноуловимых признаков его команда использовала современный метод поляризованного нейтронного рассеяния. Этот подход позволил выделить интересующие магнитные эффекты, исключив посторонние сигналы даже при приближении температуры к абсолютному нулю.
Физики зафиксировали появление фотонных сигналов на уровне нулевой энергии, что является ключевым отличием квантового спинового льда от фаз, характерных для обычных магнетиков. Измерение удельной теплоемкости дополнительно подтвердило предположение о распространении возникающих фотонов, подобно звуковым волнам в твердых телах.
Ранее подобные эксперименты сталкивались с техническими проблемами и нехваткой исчерпывающих данных. Команда Университета Райса смогла преодолеть эти препятствия благодаря улучшению качества образцов и применению высокочувствительных инструментов, а также сотрудничеству с крупными лабораториями из Европы и Северной Америки. Впервые ученые наблюдали как возникающие фотоны, так и спиноны — ключевые характеристики квантового спинового льда. Этот результат разрешает давний спор в физике конденсированных сред и предоставляет ученым надежную основу для изучения квантовых явлений следующего поколения и потенциальных направлений технологического прогресса.
Соавтор исследования Бин Гао отметил, что полученные результаты подтверждают теории, выдвинутые десятилетия назад, и способствуют дальнейшему изучению уникальных свойств подобных материалов, которые могут существенно изменить представления о поведении магнетизма и веществ в условиях экстремального квантового режима.
Тем временем астрономы обнаружили ключ к объяснению масштабных космовспышек.
Фото: hi-tech.mail.ru