Исследователи Московского Физтеха и международная коллаборация впервые экспериментально зафиксировали спиноны — уникальные квазичастицы, проявляющиеся внутри загадочных квантовых спиновых жидкостей.
Изучаемые материалы демонстрировали неожиданно высокую степень поглощения электромагнитных волн. Эта особенность объясняется возбуждением спинонов — квантовых объектов, критически важных для разработки перспективных устройств квантовой электроники, использующих нетривиальные свойства носителей заряда, рассказали авторы исследования.
Фокусом изысканий выступили свойства квантовых спиновых жидкостей. Этот класс материалов характеризуется хаотичным движением электронных спинов атомов и ионов даже при минимальных температурах, имитируя поведение частичек в жидкости.
Два года назад американские и китайские физики создали первые лабораторные аналоги таких жидкостей. Эксперименты при сверхнизких температурах предоставили первоначальный аргумент за реальность существования неуловимых фермионов Майораны — гипотетических частиц, идентичных своим антиподам.
В дополнение к изучению фермионов Майораны, научный интерес вызывает сама природа работы квантовых спиновых жидкостей и источники их хаотичности. Теоретические модели связывают это поведение со спинонами — особыми квазичастицами. Они свободно перемещаются внутри материала, обеспечивая удаленный "обмен" спинами между электронами на значительном расстоянии.
Хотя существование спинонов было предсказано в далеком 1973 г., непосредственная их регистрация и детальный анализ качеств оставались нерешенной проблемой. Интернациональной команде исследователей удалось осуществить прорыв, корректно выбрав материал и условия для эксперимента.
Пояснили авторы: "Попытки засечь это взаимодействие существовали, но получаемые сведения лишь ограниченно совпадали с моделью. Наши результаты показывают ключевую стратегию для обнаружения спинонов — применение специфических моттовских изоляторов".
Моттовские изоляторы представляют собой еще один тип экзотических квантовых материалов. Они парадоксально объединяют качества изоляторов и проводников. Примечательно, что охлаждение снижает их проводимость, в отличие от сверхпроводников. Причина — специфичное объединение электронов в обособленные группы с интенсивным взаимным отталкиванием.
Исследователям удалось выявить присутствие спинонов внутри моттовского изолятора, охлажденного до сверхнизких температур. При облучении материала пучками терагерцового излучения ("раздевающих лучей") наблюдалась аномально высокая поглощаемость его низкочастотной составляющей — ярко выраженный отход от предсказаний традиционных теоретических моделей.
Это знаменательное открытие спинонов дарит большие надежды на полноценную расшифровку функционирования квантовых спиновых жидкостей и открывает перспективы для их практического использования в будущих высокотехнологичных решениях.
Изображение логотипа с сайта МФТИ
Источник: scientificrussia.ru
