Материал под названием CeMgAl11O19 долгое время считался примером квантовой спиновой жидкости – редкого состояния, которое интересует ученых из-за потенциала в квантовых технологиях. Такая классификация базировалась на двух ключевых признаках: отсутствии упорядоченной магнитной структуры и наличии непрерывного спектра энергетических состояний. Об этом пишет Sciencedaily.
Смотрите также Ученые обнаружили новую причину, которая тормозит восстановление озонового слоя
Что на самом деле скрывал "квантовый" материал?
В обычных изоляторах магнитные ионы, например церий, формируют упорядоченные структуры. Они либо выравниваются в одном направлении, образуя ферромагнитное состояние, либо располагаются в противоположных направлениях, формируя антиферромагнитный порядок. Обычно при температурах, близких к абсолютному нулю, материал переходит в стабильное состояние с одной конфигурацией.
Однако в случае квантовых спиновых жидкостей ситуация иная. Там система не фиксируется в одном состоянии, а постоянно переходит между несколькими низкоэнергетическими конфигурациями благодаря квантовым эффектам. Именно такие признаки наблюдали и в CeMgAl11O19, что и привело к первоначальному выводу.
Дальнейшие исследования, в частности с использованием нейтронного рассеяния, показали другую картину. Оказалось, что необычное поведение объясняется не квантовыми эффектами, а конкуренцией между ферромагнитными и антиферромагнитными взаимодействиями. Граница между этими состояниями в материале очень слабая, поэтому разные участки могут вести себя по-разному.
Как пишет Lifeboat, в результате часть ионов формирует ферромагнитный порядок, а другая – антиферромагнитный. Такая "смешанная" структура не позволяет системе стабилизироваться в одном состоянии, создавая много возможных конфигураций с близкой энергией. Именно это и создает эффект, похожий на квантовую спиновую жидкость.
Впрочем, есть ключевое отличие: когда материал выбирает одну из конфигураций, он остается в ней, а не переходит между состояниями, как это происходит в настоящих квантовых системах. Исследователи считают, что это может быть примером нового состояния вещества, которое ранее не описывали.