Chińczycy zidentyfikowali materiały, w których można uzyskać ciecz spinową Kitajewa

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Dwuwymiarowe chalkohalogenki mogą być idealnymi materiałami do stworzenia cieczy spinowych Kitajewa, egzotycznych substancji, które mogą posłużyć do budowy odpornego na błędy topologicznego komputera kwantowego. Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk i Uniwersytetu w Lanzhou odkryli, że materiały te mogą stanowić też platformę do badania fizyki kwantowych cieczy spinowych.

Kwantowa ciecz spinowa to niedawno potwierdzony eksperymentalnie nowy stan materii, którego istnienie postulowano ponad 40 lat temu. Informując o jej odkryciu pisaliśmy, że "wyniki eksperymentu pasują do modelu Kitajewa, jednego z głównych modeli teoretycznych kwantowej cieczy spinowej".

Kwantowe ciecze spinowe (QSLO występują w stałych materiałach magnetycznych. To stan, w którym nie dochodzi do ustabilizowania regularnego wzorca momentów magnetycznych, przez co spiny w QSL ciągle zmieniają kierunek, jakby tworzyły ciecz.

Jednym z podtypów QSL, szczególnie trudnym do uzyskania w laboratorium, jest ciecz spinowa Kitajewa (KSL). Jej uzyskanie dlatego jest trudne, że wymaga istnienia odpowiedniej struktury w kształcie plastra miodu. Ponadto spiny w KSL są sprzężone za pomocą szczególnych interakcji, które powodują, że zachowują się nieco inaczej niż w standardowych QSL. Kolejnym interesującym elementem KSL jest fakt, iż zawiera ona nieabelowe anyony (eniony), których istnienie jest konieczne do istnienia odpornego na błędy topologicznego komputera kwantowego. Komputer taki wykorzystuje kubity rozumiane jako  kształty, które nie ulegają łatwym deformacjom. W ten sposób kubity są chronione przed wpływem otoczenia, mogą więc przez dłuższy czas pozostawać nienaruszone czyli zachować koherencję.

Qingming Zhang i jego koledzy poinformowali właśnie, że idealnymi materiałami do uzyskania cieczy spinowych Kitajewa są chalkohalogenki. Mają one wzór REChX, gdzie RE oznacza metale ziem rzadkich, Ch to tlen, siarka, selen lub telur, a X to fluorowiec, jak np. fluor czy jod. Chińczycy badali kryształy YbOCl i polikryształy SmSI, ErOF, HoOF i DyOF. Scharakteryzowali te związki metodą rentgenografii strukturalnej i zmierzyli ich podatność magnetyczną, magnetyzację i pojemność cieplną do temperatury 1,8 kelwinów.

Uczeni stwierdzili, że badane REChX tworzą dwuwymiarowe struktury, o których kształcie decydują słabe oddziaływania van der Waalsa pomiędzy warstwami materiału. Posiadają też strukturę plastra miodu. Ułożenie tej struktury w połączeniu z faktem, że metalach ziem rzadkich elektrony z orbitalu 4f są sprzężone w sposób potrzebny do utworzenia spinowej cieczy Kitajewa.
Obecnie Chińczycy próbują wyhodować większe monokryształy REChX, które posłużą im do dokładniejsze zbadania stanów spinowych tego typu materiałów. Chcą też w swoich pomiarach zejść do temperatur liczonych w milikelwinach.

Z pracą można zapoznać się na łamach Chinese Physics Letters.

« powrót do artykułu