Ученые доказали, что квантовая спиновая жидкость существует

Существование спиновых жидкостей предсказали почти полвека назад, но найти их до сих пор не удалось. Новая работа показывает, что таким экзотическим состоянием материи может обладать двумерный трихлорид рутения.

Спиновые жидкости были впервые предсказаны в 1973 году, но до сих пор получить их не удавалось. Несмотря на то, что некоторые материалы обладают многообещающими признаками этого состояния, окончательно подтвердить его существование крайне сложно. Однако спиновые жидкости притягивают к себе исследователей, так как эти материалы могут найти применение в разработке «умных» материалов и квантовых компьютерах.

В новой научной работе, которая была опубликована в журнале Nature Physics, ученые приводят доказательства того, что трихлорид рутения обладает всеми признаками такой спиновой жидкости. Этот материал имеет ячеистую структуру, как у графена. Но в отличие от углеродного материала, в трихлориде рутения спины электронов направлены в одну сторону, благодаря чему он обладает магнитными свойствами.

Рутений намного тяжелее углерода, что увеличивает силу взаимодействий между спинами. Ученые ожидали, что из-за этого эффекта увеличится магнитное разупорядочение в материале и он не будет иметь магнитных свойств. Согласно механизму этого процесса, два электрона с разными спинами объединяются в пару, а третий электрон, который находится с ними в группе, остается в «подвешенном» состоянии. Физики предположили, что такое разупорядочение может привести к превращению трихлорида рутения в спиновую жидкость.

Чтобы проверить свою теорию, ученые использовали новый метод анализа — резонансную торсионную магнитометрию. Этот метод позволяет выяснить поведение электронных спинов в высоких магнитных полях и дать много новой информации о свойствах магнитных материалов. Пока что исследователи провели анализ материала в полях с индукцией в 65 Тесла и наблюдали эффекты, предшествующие переходу в состояние квантовой спиновой жидкости. Теперь ученые хотят провести эксперименты в поле с индукцией в 100 Тесла, чтобы воочию увидеть переход трихлорида рутения в неуловимое экзотическое состояние.