Forskere beskriver, hvordan uorden ændrer kvantespinvæsker og danner en ny fase af stof

Forskere fra University of California, Irvine, har opdaget en ny fase af stof, der opstår, når uorden ændrer kvantespinvæsker. Deres arbejde, udgivet i Nature Communications, giver indsigt i adfærden af ​​eksotiske materialer, der kunne have anvendelser inden for kvantecomputere og spintronik.

Quantum spin væsker er materialer, der udviser en unik magnetisk adfærd. I disse materialer er elektronernes spin ikke justeret i et regulært mønster, men svinger i stedet på en uordnet måde. Denne lidelse giver quantum spin væsker en række interessante egenskaber, såsom evnen til at lede elektricitet uden modstand.

Imidlertid kan opførselen af ​​kvantespinvæsker ændres væsentligt ved tilstedeværelsen af ​​uorden. I deres undersøgelse undersøgte UCI-forskerne virkningerne af lidelse på en bestemt type kvantespinvæske kaldet kagome-gitteret. Kagome-gitteret er en todimensionel struktur, der består af sekskantede løkker, og det er kendt for at udvise en række eksotiske egenskaber.

Forskerne fandt ud af, at når uorden introduceres i kagome-gitteret, gennemgår kvantespinvæsken en faseovergang til en ny fase af stof. Denne nye fase er karakteriseret ved dannelsen af ​​magnetiske klynger i den uordnede spinvæske. Klyngerne består af afstemte spins, der er omgivet af uordnede spins.

Forskerne mener, at denne nye fase af stof er et resultat af konkurrencen mellem uorden og interaktionerne mellem spins. Lidelsen har en tendens til at forstyrre korrelationerne mellem spins, mens interaktionerne har en tendens til at justere spins. Denne konkurrence fører til dannelsen af ​​de magnetiske klynger.

Opdagelsen af ​​denne nye fase af stof giver indsigt i adfærden af ​​eksotiske materialer, der kunne have anvendelse i kvantecomputere og spintronik. Kvanteberegning er en ny type beregning, der bruger kvantebits (qubits) til at udføre beregninger. Qubits kan laves ud fra spins af elektroner, og de magnetiske klynger dannet i den uordnede kvantespinvæske kunne bruges som qubits i kvantecomputere. Spintronics er en type elektronik, der bruger elektronernes spins til at lagre og behandle information. De magnetiske klynger dannet i den uordnede kvantespinvæske kunne også bruges i spintroniske enheder.

Forskerholdet undersøger i øjeblikket egenskaberne af den nye fase af stof og udforsker dens potentielle anvendelser inden for kvantecomputere og spintronik.