В России создали материал, предсказанный около полувека назад
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 РИА 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.
