Магнетизм по-новому

Используя низкочастотный лазерный импульс, команда исследователей выполнила первые измерения, которые в подробностях показывают уникальные особенности магнетизма, найденного в минерале под названием гербертсмитит.

В этом материале магнитные элементы постоянно колеблются, приводя к экзотическому магнитному состоянию.

В отличие от обычного магнетизма, найденного в материалах под названием ферромагнетики (где все магнитные силы направлены в одном направлении, поддерживая друг друга) и антиферромагнетики (где смежные магнитные элементы направлены в противоположных направлениях), это состояние ведет к полному исчезновению магнитного поля объекта, как такого.

Спиновая жидкость в гербертсмитите была обнаружена еще в 2012 году. Однако подробного анализа того, как электроны объекта реагируют на свет, проведено не было.

Теперь команда Массачусетского технологического института, колледжа в Бостоне и Гарвардского университета успешно провели эти измерения. Результаты опубликованы в исследовательской работе в журнале Physical Review Letters. Ее авторами стали Ну Гедик, адъюнкт-профессор физики в MIT, аспирант Дэниэл Пилон, постдок Чунь Хун Луй и четыре других исследователя.

Их измерения, проведенные с помощью лазерного импульса, длящегося всего лишь одну триллионную долю секунды, показывают особенности оптической проводимости в состоянии спиновой жидкости, которая отражает влияние магнетизма на движение электронов. Это наблюдение поддерживает ряд теоретических предсказаний, которые не были ранее доказаны экспериментально.

Ну Гедикадъюнкт-профессор физики, MIT

Мы думаем, что это достоверные факты. И они могут помочь в разрешении давних споров, касающихся исследования квантовой спиновой жидкости

Явление сверхпроводимости открыто Г. Камерлинг-Оннесом (Н. Каmerlingh- Onnes, 1911) при исследовании сопротивления ртути. Он обнаружил, что при охлаждении ртутной проволоки ниже критической температуры Tc (~4 К) её сопротивление скачкообразно обращается в нуль.

По словам аспиранта Дэниэла Пилона, теоретики представили много теорий о том, как спиновая жидкость могла появиться в гербертсмитите. Но до настоящего времени опыта, подтверждающего то или иное предположение, проведено не было.

Пилон полагает, что они провели эксперимент, который обеспечил первое прямое доказательство реализации в гербертсмитите одной из этих теоретических моделей.

Понятие квантовой спиновой жидкости появилось в 1973 году, но ее существование было доказано лишь недавно. Новые измерения помогут внести ясность в фундаментальные особенности этой экзотической системы, которая, как предполагают ученые, тесно связана с происхождением высокотемпературной сверхпроводимости.

Ну Гедикадъюнкт-профессор физики, MIT

На данной стадии довольно трудно делать какие-либо выводы, однако исследования этого необычного состояния вещества могли бы помочь нам решить ряд довольно сложных проблем в области высокотемпературной сверхпроводимости

Кроме того, Пилон утверждает, что “работа могла бы быть полезной для развития квантового вычисления”.

Леон Бэлэнспрофессор физики, Калифорнийский университет в Санта-Барбаре

Если наблюдаемая оптическая проводимость в этих измерениях действительно типична, то это потрясающий результат, который будет крайне важен в понимании природы квантовой спиновой жидкости

Бэлэнс уверен, что дальнейшая работа необходима для подтверждения полученного результата, “это, безусловно, необходимые измерения, которые, я надеюсь, в будущем расширят наши знания о магнетизме”.