Вчені помилилися з "квантовим" матеріалом і відкрили новий стан

Матеріал під назвою CeMgAl11O19 довгий час вважався прикладом квантової спінової рідини – рідкісного стану, який цікавить науковців через потенціал у квантових технологіях. Така класифікація базувалася на двох ключових ознаках: відсутності впорядкованої магнітної структури та наявності безперервного спектра енергетичних станів. Про це пише Sciencedaily.

Що насправді приховував "квантовий" матеріал?

У звичайних ізоляторах магнітні іони, наприклад церій, формують впорядковані структури. Вони або вирівнюються в одному напрямку, утворюючи феромагнітний стан, або розташовуються в протилежних напрямках, формуючи антиферомагнітний порядок. Зазвичай при температурах, близьких до абсолютного нуля, матеріал переходить у стабільний стан з однією конфігурацією.

Однак у випадку квантових спінових рідин ситуація інша. Там система не фіксується в одному стані, а постійно переходить між кількома низькоенергетичними конфігураціями завдяки квантовим ефектам. Саме такі ознаки спостерігали і в CeMgAl11O19, що й призвело до початкового висновку.

Подальші дослідження, зокрема з використанням нейтронного розсіювання, показали іншу картину. Виявилося, що незвична поведінка пояснюється не квантовими ефектами, а конкуренцією між феромагнітними та антиферомагнітними взаємодіями. Межа між цими станами в матеріалі дуже слабка, тому різні ділянки можуть поводитися по-різному.

Як пише Lifeboat, у результаті частина іонів формує феромагнітний порядок, а інша – антиферомагнітний. Така "змішана" структура не дозволяє системі стабілізуватися в одному стані, створюючи багато можливих конфігурацій із близькою енергією. Саме це і створює ефект, схожий на квантову спінову рідину.

Втім, є ключова відмінність: коли матеріал обирає одну з конфігурацій, він залишається в ній, а не переходить між станами, як це відбувається у справжніх квантових системах. Дослідники вважають, що це може бути прикладом нового стану речовини, який раніше не описували.