Fizikai apsiriko dėl kvantinės medžiagos: atrado visiškai naują, ne kvantinę medžiagos būseną

Kas buvo laikyta kvantine medžiaga

Fizikai dešimtmečius ieško vadinamųjų kvantinių sukinio skysčių – medžiagų būsenų, kuriose magnetiniai momentai nesusirikiuoja į įprastą tvarką net labai žemoje temperatūroje. Tokios sistemos laikomos perspektyviomis tiek fundamentaliems magnetizmo tyrimams, tiek ilguoju laikotarpiu galint prisidėti prie stabilesnių kvantinių technologijų.

Naujas tarptautinės tyrėjų grupės darbas parodė, kad viena iš anksčiau daug žadėjusių kandidačių iš tikrųjų nėra kvantinis sukinio skystis. Vietoj to mokslininkai teigia aptikę iki šiol neaprašytą, ne kvantinę medžiagos būseną, kuri gali pakeisti tai, kaip vertinami tokie kandidatai.

Medžiaga, kuri suklaidino tyrėjus

Tyrime analizuotas kristalas cerio magnio heksaaliuminatas CeMgAl11O19 anksčiau buvo priskirtas kvantinio sukinio skysčio kandidatams dėl dviejų požymių. Pirma, matuota sužadinimų kontinuumo struktūra, antra, nebuvo aptikta įprastinė magnetinė tvarka.

„Ši medžiaga buvo priskirta kvantiniam sukinio skysčiui pagal du požymius: kontinuumo stebėjimą ir magnetinės tvarkos nebuvimą“, – sakė Rice universiteto fizikas Bin Gao.

Pasak autorių, išsamesni matavimai parodė, kad šie požymiai nebūtinai reiškia kvantinę kilmę. Kitaip tariant, kriterijai, kuriais iki šiol dažnai remtasi ieškant kvantinių sukinio skysčių, gali būti mažiau patikimi, nei manyta.

Ką parodė išsamūs matavimai

Tyrėjai taikė kelis eksperimentinius metodus, įskaitant rentgeno ir neutronų sklaidą, temperatūros mažinimą ir išorinio magnetinio lauko poveikį. Tokie matavimai leidžia atskleisti, kaip elgiasi sukiniai ir kokia yra sužadinimų, pavyzdžiui, sukinio bangų, sandara kristale.

„Atidesnis stebėjimas parodė, kad šių reiškinių priežastis nebuvo kvantinio sukinio skysčio fazė“, – sakė Bin Gao.

Autorių teigimu, QSL primenančius signalus sukūrė konkuruojančios magnetinės sąveikos ir neįprasta atomų sandara, o ne kvantinė sukinio skysčio būsena. Dėl to CeMgAl11O19 atmetamas kaip QSL pavyzdys, tačiau pats atrastas režimas laikomas nauju ir svarbiu reiškiniu.

„Tai nebuvo kvantinis sukinio skystis, tačiau matėme elgseną, kurią buvome linkę sieti su kvantiniu sukinio skysčiu“, – sakė Rice universiteto fizikas Tong Chen.

Kodėl tai svarbu kvantinėms technologijoms

Kvantinių sukinio skysčių idėja siejama su galimomis praktiškomis kryptimis, nes tokiose sistemose gali atsirasti neįprasti kvazinariai ir topologiniai efektai. Teoriškai tai galėtų būti naudinga kuriant atsparesnius informacijos nešėjus, o kvantinių skaičiavimų kontekste tai siejama su siekiu mažinti klaidų tikimybę ir jautrumą trikdžiams.

Tačiau naujasis rezultatas pabrėžia, kad vien tik kontinuumo požymis ir magnetinės tvarkos nebuvimas nėra pakankamas pagrindas tvirtai teigti, jog aptikta būtent kvantinio sukinio skysčio būsena. Mokslininkams tai reiškia griežtesnį kandidatų patikrinimą ir didesnį dėmesį alternatyvioms, ne kvantinėms interpretacijoms.

„Tai nauja medžiagos būsena, kurią, kiek žinome, pirmieji aprašėme mes“, – sakė Rice universiteto fizikas Pengcheng Dai.

Tyrėjai pabrėžia, kad šis darbas padės tikslinti eksperimentinius kriterijus ir geriau atskirti, kur iš tiesų pasireiškia kvantinis sukinio skystis, o kur panašius signalus sukuria sudėtinga, bet klasikinė magnetinė dinamika. Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Science Advances.