Kredit:CC0 Public Domain
En nyligen genomförd upptäckt av University of Arkansas fysiker kan hjälpa forskare att fastställa förekomsten av quantum spin vätskor, ett nytt materiatillstånd. De har varit ett mysterium sedan de först föreslogs på 1970-talet. Om det visar sig att det finns, quantum spin liquids skulle vara ett steg mot mycket snabbare, nästa generations kvantdatorer.
Forskare har fokuserat uppmärksamhet och forskning på den så kallade Kitaev-typen av spinnvätska, namngiven för att hedra den ryska vetenskapsmannen, Alexei Kitaev, som först föreslog det. Särskilt, de har tittat mycket på två material – RuCl 3 och Na 2 IrO—som kandidater för denna typ. Båda har små kvantspinnnummer.
"Traditionella kandidater är ganska begränsade till endast dessa två, sade Changsong Xu, en forskare vid institutionen för fysik och första författare till en artikel publicerad i tidskriften Fysiska granskningsbrev .
I deras senaste arbete, U of A fysiker har avsevärt utökat antalet material som kan vara kandidater som Kitaev quantum spin liquids genom att titta på material med högre quantum spin numbers, och genom att utsätta material under fysisk belastning för att ställa in deras magnetiska tillstånd.
"Plötsligt, vi inser att det finns dussintals kandidater vi kan föreslå, " sa Xu.
Kvantspinnvätskor definieras av deras ovanliga magnetiska arrangemang. Magneter har en nord- och sydpol, som tillsammans kallas dipoler. Dessa produceras vanligtvis av elektronernas kvantspinn. Inuti ett magnetiskt material, dipoler tenderar att alla vara parallella med varandra (ferromagnetism) eller periodvis växla upp och ned riktningar (antiferromagnetism).
I fallet med hypotetiska kvantspinnvätskor, dipolerna är inte lika välordnade. Istället, de uppvisar ovanlig ordning inom ett litet avstånd från varandra. Olika ordningssätt skapar olika typer av spinnvätskor.
Xu, tillsammans med den framstående professorn i fysik Laurent Bellaiche och kollegor i Kina och Japan, använde beräkningsmodeller för att förutsäga ett Kitaev kvantspinnvätsketillstånd i material som kromjodid och kromgermaniumtellurid. Arbetet, som stöddes av anslag från Arkansas Research Alliance och Department of Energy, kommer att ge forskare många fler material att studera i en sökning för att bevisa förekomsten av kvantspinnvätskor, sa Xu.
