Учёные синтезировали новый магнитный материал для квантовых технологий
Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США создали и подробно изучили уникальный магнитный материал — арсенат кобальта-калия с кристаллической структурой, напоминающей пчелиные соты. Как показало исследование, решётка материала слегка деформирована, что приводит к сильной взаимосвязи и упорядочиванию магнитных спинов атомов кобальта.
Контроль этих спиновых взаимодействий — через химическую модификацию или воздействие сильного магнитного поля — может открыть доступ к экзотическому состоянию вещества, известному как квантовая спиновая жидкость. В этом состоянии спины не фиксируются в одном положении, в отличие от обычных магнитов. Подобные материалы способны формировать коллективные магнитные возбуждения — фермионы Майораны. Учёные надеются, что эти квазичастицы удастся контролировать и применять как «строительные блоки» для квантовых технологий нового поколения, которые найдут применение в энергетике и системах национальной безопасности.
Работа над материалом длилась несколько лет. Под руководством Крейга Бриджеса команда ORNL выращивала кристаллы из раствора при низких температурах. Для изучения состава и структуры использовались масс-спектрометрия, электронная микроскопия и нейтронное рассеяние. Вычислительные модели показали, что пока взаимодействия в материале слабо соответствуют предсказаниям модели Алексея Китаева 2006 года для «сотовых» структур, что объясняет формирование упорядоченного магнитного состояния вместо спиновой жидкости.
«Мы только начинаем понимать, как наблюдать и, возможно, управлять фермионами Майораны. Мы не можем утверждать, что зафиксировали их в нашем материале, но рассчитываем достичь этого через дальнейшую модификацию структуры. Это фундаментальные исследования на переднем крае науки, направленные на поиск материалов, способных реализовать предсказанную физику», — отметил Крейг Бриджес.
Учёные считают, что баланс взаимодействий можно регулировать, изменяя химический состав или подвергая материал высокому давлению. Новый арсенат кобальта-калия может стать платформой для точной настройки магнетизма и достижения состояния истинной квантовой спиновой жидкости.
По словам экспертов, эти исследования демонстрируют, как методичный синтез и комплексное изучение материалов продвигают науку к практическому использованию квантовых эффектов. Поиск идеальной «сотовой» структуры для спиновой жидкости сравнивают с охотой за священным Граалем в физике конденсированных сред: каждая работа, даже без мгновенного результата, расширяет фундаментальные знания и приближает к будущим прорывам.
Контроль этих спиновых взаимодействий — через химическую модификацию или воздействие сильного магнитного поля — может открыть доступ к экзотическому состоянию вещества, известному как квантовая спиновая жидкость. В этом состоянии спины не фиксируются в одном положении, в отличие от обычных магнитов. Подобные материалы способны формировать коллективные магнитные возбуждения — фермионы Майораны. Учёные надеются, что эти квазичастицы удастся контролировать и применять как «строительные блоки» для квантовых технологий нового поколения, которые найдут применение в энергетике и системах национальной безопасности.
Работа над материалом длилась несколько лет. Под руководством Крейга Бриджеса команда ORNL выращивала кристаллы из раствора при низких температурах. Для изучения состава и структуры использовались масс-спектрометрия, электронная микроскопия и нейтронное рассеяние. Вычислительные модели показали, что пока взаимодействия в материале слабо соответствуют предсказаниям модели Алексея Китаева 2006 года для «сотовых» структур, что объясняет формирование упорядоченного магнитного состояния вместо спиновой жидкости.
«Мы только начинаем понимать, как наблюдать и, возможно, управлять фермионами Майораны. Мы не можем утверждать, что зафиксировали их в нашем материале, но рассчитываем достичь этого через дальнейшую модификацию структуры. Это фундаментальные исследования на переднем крае науки, направленные на поиск материалов, способных реализовать предсказанную физику», — отметил Крейг Бриджес.
Учёные считают, что баланс взаимодействий можно регулировать, изменяя химический состав или подвергая материал высокому давлению. Новый арсенат кобальта-калия может стать платформой для точной настройки магнетизма и достижения состояния истинной квантовой спиновой жидкости.
По словам экспертов, эти исследования демонстрируют, как методичный синтез и комплексное изучение материалов продвигают науку к практическому использованию квантовых эффектов. Поиск идеальной «сотовой» структуры для спиновой жидкости сравнивают с охотой за священным Граалем в физике конденсированных сред: каждая работа, даже без мгновенного результата, расширяет фундаментальные знания и приближает к будущим прорывам.
Читайте также:
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+EnterЧитайте также:
.jpg)
