Två av de fyra magnetiska interaktionerna bildar ett nytt tredimensionellt nätverk av hörndelningstrianglar, känt som hyper-hyperkagomgittret, leder till kvantspinnvätskebeteendet i PbCuTe 2 O 6 . Kredit:HZB
Quantum spin liquids är kandidater för potentiell användning i framtida informationsteknik. Än så länge, kvantspinnvätskor har vanligtvis bara hittats i en- eller tvådimensionella magnetiska system. Nu har ett internationellt team ledd av HZB-forskare undersökt kristaller av PbCuTe 2 O 6 med neutronexperiment vid ISIS, NIST och ILL.
De hittade spinnvätskebeteende i 3D, på grund av ett så kallat hyper-hyperkagomgitter. De experimentella data passar extremt bra till teoretiska simuleringar som också gjorts vid HZB.
IT-enheter är idag baserade på elektroniska processer i halvledare. Nästa verkliga genombrott kan vara att utnyttja andra kvantfenomen, till exempel interaktioner mellan små magnetiska moment i materialet, de så kallade snurren. Så kallade quantum-spin flytande material kan vara kandidater för sådana nya teknologier. De skiljer sig väsentligt från konventionella magnetiska material eftersom kvantfluktuationer dominerar de magnetiska interaktionerna:På grund av geometriska begränsningar i kristallgittret, snurr kan inte alla "frysa" tillsammans i ett grundtillstånd - de tvingas fluktuera, även vid temperaturer nära absolut noll.
Quantum spin liquids:ett sällsynt fenomen
Kvantspinnvätskor är sällsynta och har hittills främst hittats i tvådimensionella magnetiska system. Tredimensionella isotropiska spinnvätskor eftersträvas mest i material där de magnetiska jonerna bildar pyroklor eller hyperkagome-gitter. Ett internationellt team ledd av HZB-fysikern Prof. Bella Lake har nu undersökt prover av PbCuTe 2 O 6 , som har ett tredimensionellt gitter som kallas hyper-hyperkagomgitter.
Magnetiska interaktioner simulerade
HZB-fysikern Prof. Johannes Reuther beräknade beteendet hos ett sådant tredimensionellt hyper-hyperkagomgitter med fyra magnetiska interaktioner och visade att systemet uppvisar kvantspin-vätskebeteende med ett specifikt magnetiskt energispektrum.
Experiment med neutronkällor finner 3D-kvantspinnvätska
Med neutronexperiment vid ISIS, STORBRITANNIEN, SJUK, Frankrike och NIST, USA kunde laget bevisa de mycket subtila signalerna för detta förutspådda beteende. "Vi blev förvånade över hur väl vår data passade in i beräkningarna. Detta ger oss hopp om att vi verkligen kan förstå vad som händer i dessa system, " förklarar första författaren Dr Shravani Chillal, HZB.
