Квантовая загадка решена: она десятилетиями ставила ученых в тупик
Решение физической головоломки стало возможным благодаря обнаружению эффекта, похожего на поведение фотонов, в уникальном квантовом материале. Открытие подтверждает реальность существования настоящей трехмерной квантовой спиновой жидкости и прокладывает дорогу для углубленного изучения сложных форм организации вещества.
Юлия УгловаАвтор Hi-Tech Mail
Под руководством физика Пэнчэна Дая из Университета Райса международная команда ученых доказала существование фотонов и фракционированных спиновых возбуждений в уникальной квантовой спиновой жидкости. Кристаллический оксид церия-циркония (Ce2Zr2O7) представляет собой наглядный пример трехмерного проявления этого редкого состояния вещества, пишет ScienceDaily.
Квантовые спиновые жидкости давно вызывают интерес физиков, так как могут служить основой для новых прорывных технологий, включая квантовые компьютеры. Эти материалы отличаются от классических магнитов отсутствием традиционной магнитной структуры. Их магнитные моменты постоянно запутаны и пребывают в непрерывном коллективном движении при низких температурах, создавая состояние, аналогичное возникающей квантовой электродинамике.
«Нам удалось решить одну из ключевых научных проблем, экспериментально зарегистрировав эти возбуждения. Наше открытие показывает, что Ce2Zr2O7 действительно проявляет свойства истинного квантового спинового льда — особого класса трехмерных квантовых спиновых жидкостей», — комментирует профессор физики и астрономии Пэнчэн Дай. Для точного выявления трудноуловимых признаков его команда применила современный метод поляризованного нейтронного рассеяния. Этот способ позволил выделить интересующие магнитные эффекты, исключив посторонние сигналы даже при приближении температуры к абсолютному нулю.
Физики зафиксировали возникновение фотонных сигналов около уровня нулевой энергии, что служит ключевым отличием квантового спинового льда от фаз, характерных для обычных магнетиков. Измерение удельной теплоемкости дополнительно подтвердило гипотезу о распространении возникающих фотонов подобно звуковым волнам в твердых телах.
Ранее подобные эксперименты осложнялись техническими проблемами и нехваткой исчерпывающих данных. Команде Университета Райса удалось преодолеть эти трудности благодаря улучшению качества образцов и применению высокочувствительных инструментов, а также сотрудничеству крупных лабораторий из Европы и Северной Америки. Впервые ученые наблюдали как возникающие фотоны, так и спиноны — важнейшие характеристики квантового спинового льда. Результат разрешает давний спор в физике конденсированных сред и предоставляет ученым прочную основу для изучения квантовых явлений следующего поколения и потенциальных технологических направлений.
Соавтор исследования Бин Гао отметил, что полученные результаты подкрепляют теории, выдвинутые десятилетиями ранее, и стимулируют дальнейшее изучение уникальных свойств подобных материалов, способных существенно повлиять на представления о поведении магнетизма и веществ в условиях экстремального квантового режима.
Тем временем астрономы нашли ключ к объяснению масштабных космовспышек.
- Физика
Поделиться
