Ученые ошибочно приняли новое состояние материи за квантовую спиновую жидкость

Группа ученых из Университета Райса под руководством профессора Пэнчэна Дая пересмотрела представления о магнитном материале CeMgAl11O19 — гексаалюминате церия-магния. Ранее его относили к квантовым спиновым жидкостям, редкой фазе вещества, представляющей интерес для квантовых вычислений. Однако исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что необычные свойства материала объясняются другим, ранее не описанным неквантовым состоянием.

Первоначальная классификация CeMgAl11O19 основывалась на двух признаках: отсутствии магнитного порядка и наличии континуума состояний. Обычно в изолирующих веществах магнитные ионы при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, формируют упорядоченную структуру — ферромагнитную или антиферромагнитную. Такое состояние соответствует единственной конфигурации с минимальной энергией. В квантовых спиновых жидкостях ситуация иная: ионы не фиксируются в одном положении, а непрерывно переходят между различными состояниями под действием квантовых эффектов. Именно это приводит к появлению континуума состояний и отсутствию намагниченности. Подобная картина наблюдалась и у CeMgAl11O19, что и стало причиной первоначального вывода.

Детальное исследование с использованием нейтронного облучения и точных измерений показало другую природу явления. Соавторы работы Бинь Гао и Тун Чэнь объяснили, что в этом соединении граница между ферромагнитным и антиферромагнитным состояниями оказалась необычно слабой. В результате магнитные ионы получили возможность выбирать разные типы упорядочения: часть становилась ферромагнитной, другая — антиферромагнитной. Такое сочетание создавало впечатление отсутствия общего магнитного порядка.

Эта особенность привела к формированию множества возможных низкоэнергетических конфигураций. При охлаждении разные участки образца занимали различные состояния, и их совокупность формировала картину, напоминающую квантовый континуум. Однако в отличие от настоящей квантовой спиновой жидкости, после перехода в одно из таких состояний материал уже не мог сменить его, поскольку процесс не поддерживается квантовыми механизмами.

По словам профессора Пэнчэна Дая, полученные результаты указывают на существование нового состояния материи, ранее не описанного в научной литературе. Работа также показывает, насколько сложными могут быть магнитные системы и насколько важно тщательно анализировать экспериментальные данные.

Читайте также: