Вчені помилилися з "квантовим" матеріалом і відкрили новий стан
- Матеріал CeMgAl11O19, раніше вважався квантовою спіновою рідиною, але нові дослідження показали, що його поведінка пояснюється конкуренцією між феромагнітними та антиферомагнітними взаємодіями.
- Це відкриття вказує на можливість існування нового стану речовини, який відрізняється від квантових систем тим, що матеріал залишається в одній конфігурації.
Дослідники з Rice University виявили, що матеріал, який вважали квантовою спіновою рідиною, насправді поводиться інакше. Це відкриття привело до опису нового стану речовини.
Матеріал під назвою CeMgAl11O19 довгий час вважався прикладом квантової спінової рідини – рідкісного стану, який цікавить науковців через потенціал у квантових технологіях. Така класифікація базувалася на двох ключових ознаках: відсутності впорядкованої магнітної структури та наявності безперервного спектра енергетичних станів. Про це пише Sciencedaily.
Дивіться також Вчені виявили нову причину, яка гальмує відновлення озонового шару
Що насправді приховував "квантовий" матеріал?
У звичайних ізоляторах магнітні іони, наприклад церій, формують впорядковані структури. Вони або вирівнюються в одному напрямку, утворюючи феромагнітний стан, або розташовуються в протилежних напрямках, формуючи антиферомагнітний порядок. Зазвичай при температурах, близьких до абсолютного нуля, матеріал переходить у стабільний стан з однією конфігурацією.
Однак у випадку квантових спінових рідин ситуація інша. Там система не фіксується в одному стані, а постійно переходить між кількома низькоенергетичними конфігураціями завдяки квантовим ефектам. Саме такі ознаки спостерігали і в CeMgAl11O19, що й призвело до початкового висновку.
Подальші дослідження, зокрема з використанням нейтронного розсіювання, показали іншу картину. Виявилося, що незвична поведінка пояснюється не квантовими ефектами, а конкуренцією між феромагнітними та антиферомагнітними взаємодіями. Межа між цими станами в матеріалі дуже слабка, тому різні ділянки можуть поводитися по-різному.
Як пише Lifeboat, у результаті частина іонів формує феромагнітний порядок, а інша – антиферомагнітний. Така "змішана" структура не дозволяє системі стабілізуватися в одному стані, створюючи багато можливих конфігурацій із близькою енергією. Саме це і створює ефект, схожий на квантову спінову рідину.
Втім, є ключова відмінність: коли матеріал обирає одну з конфігурацій, він залишається в ній, а не переходить між станами, як це відбувається у справжніх квантових системах. Дослідники вважають, що це може бути прикладом нового стану речовини, який раніше не описували.