Российским ученым удалось получить новый материал, который демонстрирует свойства спиновой жидкости — особого магнитного состояния вещества, при котором спины отдельных атомов не замерзают даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Такие материалы могут найти применение в квантовых технологиях, основанных на перепутывании волновых функций отдельных частиц. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

Спин — собственный магнитный момент электрона, представляет собой универсальное свойство элементарных частиц. Во многих материалах при комнатной температуре спины частиц разупорядочены и двигаются, а застывают и упорядочиваются лишь с понижением температуры.

Спиновая жидкость — крайне редкое состояние вещества, при котором спины электронов остаются неупорядоченными и продолжают движение даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Возможность существования такого состояния вещества рассматривалась еще на заре квантовой механики, однако к поискам такого материала ученые приступили сравнительно недавно.

До сегодняшнего дня основным кандидатом на получение спиновой жидкости считался минерал гербертсмитит, в котором ионы меди как носители магнитного момента образуют идеальную двумерную решетку кагомэ (кагомэ — узор японской плетеной посуды с гексагональным мотивом). Благодаря открытию российских ученых, в список материалов, потенциально обладающих свойствами спиновой жидкости, добавилось еще одно вещество.

Исследователи из МГУ имени М. В. Ломоносова и НИТУ МИСиС синтезировали кристаллы хлорид-фосфата оксокупрата натрия и висмута с решеткой типа квадратного кагомэ, в котором при охлаждении до -271°C не образуется магнитного порядка. В связи с этим исследователи предположили, что в созданном ими материале при низких температурах спиновая подсистема ведет себя как перепутанная спиновая жидкость.

Синтезированный объект состоит из атомов натрия, меди, висмута, фосфора, кислорода и хлора, сообщил один из авторов исследования, заведующий лабораторией Функциональные квантовые материалы НИТУ МИСиС Александр Васильев.

В кристаллической постройке кандидата в спиновые жидкости можно выделить два основных фрагмента-модуля. Первый — это слои, образованные кластерами из четырех тетраэдров. В центре каждого тетраэдра располагаются атомы кислорода. В трех вершинах тетраэдра находятся атомы меди, а в четвертой нашлось место атому висмута. Такие слои несут положительный заряд и готовы его разделить со вторым, отрицательно заряженным фрагментом, — рассказал он NewsRbk.ru Новости.

Второй слой, по словам ученого, комбинируется из многогранников, в центрах которых располагаются атомы натрия, фосфора и меди, а в вершинах — атомы кислорода и (или) хлора.

Взаимоотношения описанных слоев часто трактуют как модель гость — хозяин. Интересно, что новое соединение было получено при избытке обычной поваренной соли! Соль способствовала формированию матрицы — хозяина, радушно принявшего гостевой фрагмент состава с образованием материала с уникальными физическими характеристиками, — пояснил Александр Васильев.

Он добавил, что в будущем материал может найти применение в квантовых технологиях, основанных на перепутывании волновых функций отдельных частиц.

Источник: Новости в рубрике Наука и технологии.