Специалисты создали магнит со структурой пчелиных сот, который может стать основой для квантовой спиновой жидкости и фермионов Майораны — строительных блоков для технологий будущего
Учёные из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США синтезировали и исследовали новый магнитный материал на основе арсената кобальта-калия. Его кристаллическая структура напоминает пчелиные соты и обладает уникальным искажением, которое вызывает сильную связь и упорядочение магнитных спинов атомов кобальта.
Как сообщается, управление этими взаимодействиями — например, с помощью химической модификации или воздействия сильного магнитного поля — может привести к возникновению экзотического состояния вещества, известного как квантовая спиновая жидкость. В отличие от обычных магнитов, спины в таком материале не «замерзают» в одном положении, а остаются в постоянном «возбуждённом» состоянии.
Исследователи предполагают, что из подобных квантовых материалов могут возникать особые коллективные возбуждения — квазичастицы, известные как фермионы Майораны. Учёные надеются, что их можно будет контролировать и использовать в качестве фундаментальных «строительных блоков» для квантовых технологий нового поколения, с потенциальным применением в энергетике и системах национальной безопасности.
Работа над созданием материала велась в течение нескольких лет. Группа под руководством Крейга Бриджеса из ORNL вырастила кристаллы из раствора при низкой температуре. Для детального анализа их состава и структуры использовались методы масс-спектрометрии, электронной микроскопии и нейтронного рассеяния.
Проведённые вычисления показали, что в полученном материале пока слабо выражено специфическое взаимодействие, которое в 2006 году предсказал в своей модели физик Алексей Китаев для «сотовых» структур. Это объясняет, почему материал образует упорядоченное магнитное состояние, а не сразу переходит в состояние квантовой спиновой жидкости.