Störning anses generellt vara skadlig för att skapa material med ovanlig magnetism eller andra kvantfenomen. Dock, ett team fann att svag störning överraskande stabiliserar ett sällsynt kvanttillstånd som kallas en kvantspinvätska. I detta tillstånd, fluktuationer av elektroniska snurr kvarstår ända till temperaturer nära absolut noll. Det speciella materialet är tillverkat av praseodym, zirkonium, och syre (Pr2Zr2O7). Materialet innehåller sällsynta jordartsmetalljoner (Pr3+) med ett jämnt antal elektroner på ett svagt oordnat kristallint gitter. Medan det kristallina gittret motverkar konventionell magnetism, svag störning främjar det sällsynta kvantspinnvätsketillståndet.

Upptäckten att svag störning kan framkalla detta sällsynta tillstånd öppnar en ny riktning i jakten på en praktisk kvantspinnvätska. Detta tillstånd av materia kan vara användbart som byggstenar för kvantdatorer. Dessa datorer kan vara storleksordningar snabbare än dagens datorer. Denna hastighet översätts till beräkningskraft för att lösa problem som inte går att lösa idag.

Ett sällsynt tillstånd av materia som kallas en kvantspinnvätska som föreslogs för över 40 år sedan eftersträvas för sina unika fysikaliska egenskaper. I en quantum spin vätska, elektroniska snurr bildar inte ett statiskt ordnat mönster som i konventionella magnetiska material, men fluktuerar på ett koordinerat (trasslat) sätt även vid extremt låga temperaturer. Men kan sådana kvantfluktuerande tillstånd av materia existera i praktiska material som oundvikligen är oordnade och kan kvantitativ information om dem extraheras från experiment med neutronspridning?

För att ta itu med sådana frågor, ett team av forskare under ledning av Johns Hopkins University studerade en pyrokloroxid med den kemiska formeln Pr2Zr2O7. Konventionell magnetism frustreras av pyroklorgittrets geometri när magnetiska joner upptar en specifik plats i kristallgittret och detta kan leda till exotiska magnetiska tillstånd. Genom att kombinera solid state-syntes, högkvalitativ enkristalltillväxt, och avancerad neutronspridning, denna forskning avslöjade närvaron av en kvantspinnvätska i Pr2Zr2O7.

De oelastiska neutronspridningsdata visar signaturen för detta sällsynta tillstånd där ett band av (oelastisk, w> 0) spridningsintensiteten kvarstår vid temperaturer nära absolut noll. Denna forskning pekar på ett nytt paradigm som på lämpliga nivåer, svag strukturell störning kan faktiskt främja bildandet av en kvantspinnvätska med intrasslade elektroniska spinn. Denna förmåga att manipulera och inducera kvantmagnetism trots oordning kan bana väg för nya och mer praktiska material med den svårfångade kvantspinnvätskan för applikationer inklusive kvantberäkning.