Согласно обычному пониманию, если взаимодействия изотропические (где все направления вращения возможны), может произойти это явление, если вращения устроены в треугольных конфигурациях, и взаимодействия между ними – антиферромагнитное выравнивание антипараллели одобрения вращений. Для трех атомов, формирующих углы треугольника, электронное вращение одного атома не может одновременно быть ориентировано антипараллельное тем на обоих другие два атома. В реальных материалах, которые содержат треугольные единицы, соединенные антиферромагнитными взаимодействиями, это «разочарование» может препятствовать тому, чтобы вращения остановились в конкретной ориентации даже при температуре абсолютного нуля, вместо этого они двигаются коллективно как атомы в жидкости.
В отличие от этого, ферромагнитные взаимодействия не дают начало разочарованию в изотропических магнитах, потому что взаимно параллельное выравнивание вращений может всегда происходить. По этим причинам только несколько изотропических материалов были предложены как кандидаты жидкости вращения.Монокристаллы со сложными магнитными взаимодействиямиТеперь команда, возглавляемая профессором Беллой Лэйк, произвела и исследовала первые монокристаллы окиси хрома кальция (Ca10Cr7O28).
Окись хрома кальция составлена из того, что известно как решетки Kagome – напоминающий об образце треугольников и шестиугольников, которые соткали в японском плетении. В результате сложный набор изотропических магнитных взаимодействий развивается в этом материале, состоя из не только антиферромагнитные взаимодействия, но также и намного более сильные ферромагнитные взаимодействия, которые согласно обычному пониманию должны предотвратить существование поведения жидкости вращения.
Магнитные и Нейтронные эксперименты рассеивания, проводимые в Германии, Франции, Англии, и США, а также мюонных экспериментах спектроскопии, выполненных в Швейцарии, однако, показали, что вращения в этих образцах сохраняют свое коллективное движение даже при температурах всего 20 millikelvin и ведут себя как квантовая жидкость вращения.Соревнование ключевоеТеоретический физик профессор Джоханнс Реутэр HZB теперь был в состоянии расширить теоретическую модель жидкостей вращения с помощью этих экспериментальных подсказок.
Он использовал числовые моделирования, чтобы показать, как различные магнитные взаимодействия в окиси хрома кальция конкурируют друг с другом и сохраняют вращения динамичными.Ожидается больше кандидатов на жидкости вращения«Мы доказали опытным путем, что интересные квантовые состояния как жидкости вращения могут также произойти в значительно более сложных кристаллах с различными созвездиями магнитных взаимодействий», говорит доктор Кристиан Бэлз, ведущий автор работы.
Озеро также объясняет: «Работа расширяет наше понимание магнитных материалов, и также показывает нам, что есть потенциально намного больше кандидатов на жидкости вращения, чем ожидалось. Это могло быть важно для продвижения квантовых компьютеров в будущем, потому что жидкости вращения – один из возможных стандартных блоков для переноса самой маленькой единицы информации о кванте, известной как кубит».