Физики обнаружили экзотическое электронное состояние внутри кристалла

Группа физиков под руководством Мартина Муригала (Технологический институт Джорджии) объявила об обнаружении необычного электронного состояния — квантовой спиновой жидкости — внутри экзотического кристалла. Это особая структура из спинов является следствием квантовой запутанности электронов внутри твердого тела. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Синтезированный в 2015 году кристалл YbMgGaO₄, по-видимому, обладает весьма специфическими свойствами: множество электронов внутри него находятся в состоянии квантовой запутанности. В такой ситуации свойства частиц оказываются взаимосвязаны, даже если физически они находятся на существенном расстоянии. В данном веществе электроны ведут себя особым образом — формируют спиновую жидкость. «В спиновой "жидкости" направления спинов электронов не являются организованно упорядоченными, при этом оставаясь взаимосвязанными, в то время как в спиновом "твердом теле" направления спинов аккуратно выровнены», — говорит Муригал. Если открытие будет подтверждено, то оно откроет путь к целому классу веществ с новыми свойствами.

Впервые спиновую жидкость наблюдали в кристалле гербертсмитита, однако из-за химического состава в этом веществе присутствует только один вариант запутывания. «Представьте состояние материи, где в ситуации запутанности находятся не 2 электрона, а 3, 5, 10 или 10 миллиардов одновременно, — объясняет Муригал. — Можно создать весьма экзотическое состояние материи, если запутано будет так много частиц. Свойства больше не будут связаны с отдельными частицами, все электроны объединяться в огромный ансамбль, демонстрирующий коллективное поведение».

Несмотря на то, что исследование подкреплено данными по рассеянию нейтронов, подтверждение этого открытия может занять многие годы.