«Мы доказали существование нового класса квантовых материалов, которые являются одновременно металлическими и одномерными магнитами, с тесной связью между магнитными моментами и их металлическим носителем», — сказал профессор Мейган Аронсон из UBC Blusson QMI.
Профессор Аронсон также отметил, что ранее исследованные системы спиновых цепей в основном являлись изоляторами, которые при низких температурах превращались в трехмерные структуры из-за взаимодействия между цепями. «Это означает, что характерные для квантовых металлов нестабильности — такие как сверхпроводимость и переходы металл-изолятор — до сих пор не были изучены в системах, которые действительно являются одномерными, как в нашем случае», — добавил он.
Спиновая цепочка представляет собой одномерное расположение микро-магнитов, называемых спинами, которые взаимодействуют друг с другом. С помощью измерений рассеяния нейтронов, методов перенормировки матрицы плотности (DMRG) и расчетов электронной структуры, ученые смогли показать, что Ti₄MnBi₂ реализует очень специфическую физическую модель, основанную на спиновых цепях. В этой модели взаимодействия между спинами сильно нарушены, что приводит к существованию множества упорядоченных фаз, которые проявляются только при абсолютном нуле температуры.
В отличие от трехмерных систем, которые демонстрируют упорядочение при ненулевых температурах, одномерные системы, такие как Ti₄MnBi₂, не подвержены истинному упорядочиванию из-за сильных квантовых флуктуаций, которые доминируют над большинством измеряемых величин. Ti₄MnBi₂ является только второй известной металлической системой с подтвержденным одномерным магнетизмом (первая — Yb₂Pt₂Pb) и первой, где магнетизм и металлическая основа так тесно переплетены.
«Доказывая существование этого уникального квантового состояния, Ti₄MnBi₂ представляет собой важный шаг в создании обширного квантового ландшафта, который готов к дальнейшему исследованию», — отметил профессор Аронсон. «Наши результаты могут послужить основой для развития квантового моделирования, особенно в контексте изучения квантовой запутанности». Ученые планируют использовать данные рассеяния нейтронов для сравнения с различными теоретическими подходами в квантовой механике.
Это исследование стало возможным благодаря сотрудничеству ученых из UBC Blusson QMI. На экспериментальной стороне работы участвовали доктора Сиян Ли и Мохамед Уда, а теоретическое моделирование возглавляли доктор Альберто Носера и доктор Катерина Фоевцова. Эксперименты по рассеянию нейтронов, которые сыграли решающую роль в определении поведения квантового спина, проводились на приборах J-PARC в Японии.
Это открытие имеет значительный потенциал для преодоления барьеров между традиционными магнитными изоляторами и более сложными электронными системами. Оно открывает новые горизонты для прогресса в области спинтроники и квантовых вычислений.
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
