Kvantspinnvätskor är material som uppvisar ett unikt magnetiskt beteende. I dessa material är elektronernas spinn inte inriktade i ett regelbundet mönster, utan fluktuerar istället på ett oordnat sätt. Denna störning ger kvantspinnvätskor ett antal intressanta egenskaper, såsom förmågan att leda elektricitet utan motstånd.
Emellertid kan beteendet hos kvantspinnvätskor avsevärt förändras av förekomsten av störningar. I sin studie undersökte UCI-forskarna effekterna av störning på en viss typ av kvantspinnvätska som kallas kagomegittret. Kagomegittret är en tvådimensionell struktur som består av hexagonala slingor, och det är känt att uppvisa en mängd olika exotiska egenskaper.
Forskarna fann att när störning introduceras i kagomegittret, genomgår kvantspinnvätskan en fasövergång till en ny fas av materia. Denna nya fas kännetecknas av bildandet av magnetiska kluster i den oordnade spinnvätskan. Klustren består av justerade snurr som är omgivna av oordnade snurr.
Forskarna tror att denna nya fas av materia är ett resultat av konkurrensen mellan oordning och interaktionerna mellan snurrarna. Störningen tenderar att störa sambanden mellan snurren, medan interaktionerna tenderar att anpassa snurren. Denna konkurrens leder till bildandet av magnetkluster.
Upptäckten av denna nya fas av materia ger insikter i beteendet hos exotiska material som kan ha tillämpningar inom kvantberäkning och spintronik. Kvantberäkning är en ny typ av beräkning som använder kvantbitar (qubits) för att utföra beräkningar. Qubits kan göras från spinn av elektroner, och de magnetiska kluster som bildas i den oordnade kvantspinnvätskan kan användas som qubits i kvantdatorer. Spintronics är en typ av elektronik som använder elektronsnurr för att lagra och bearbeta information. De magnetiska klustren som bildas i den oordnade kvantspinnvätskan kan också användas i spintroniska enheter.
Forskargruppen undersöker för närvarande egenskaperna hos den nya fasen av materia och utforskar dess potentiella tillämpningar inom kvantberäkning och spintronik.
