Физики подтвердили существование неуловимой квантовой спиновой жидкости

Квантовая спиновая жидкость в представлении нейросети.Источник: Kandinsky 4.1

Международная команда ученых из Университета Райса доказала наличие возникающих фотонов и расщепленных спиновых возбуждений в редком состоянии вещества — квантовой спиновой жидкости. Результаты нового исследования показывают, что кристаллическое соединение оксид церия-циркония (Ce₂Zr₂O₇) представляет собой четкую трехмерную реализацию этого необычного явления, пишет Phys.org. 

Квантовые спиновые жидкости давно привлекали внимание благодаря своей потенциальной значимости для разработки передовых технологий, таких как квантовые компьютеры и сверхэффективные способы передачи энергии. Вместо обычного магнитного порядка, присущего традиционным материалам, эти необычные структуры демонстрируют сложную запутанность магнетизма, сохраняющегося вплоть до температур, приближающихся к абсолютному нулю.

Руководитель группы, профессор физики и астрономии Пэнчэн Дай подчеркнул важность открытия: «Нам удалось разрешить главную загадку, напрямую наблюдая необычные возбуждения». По словам эксперта,  Ce₂Zr₂O₇ ведет себя как реальный квантовый спиновый лед — специфический вид квантовой спиновой жидкости в трех измерениях.

Резюме кристаллической структуры, зоны Бриллюэна, фазовой диаграммы, ожидаемых экспериментальных сигнатур и возбуждений Ce₂Zr₂O₇.Источник: Nature Physics (2025)

Для достижения столь значимых результатов ученые применяли новейшие технологии рассеяния поляризованных нейтронов. Они позволили выявить характерные черты квантовой спиновой жидкости среди множества прочих сигналов, включая предел нулевых температур. Благодаря этому удалось впервые зафиксировать появляющиеся фотоноподобные сигналы около нулевой энергии, отличающие квантовый спиновый лед от стандартных магнитных фаз. Дополнительные эксперименты подтвердили, что обнаруженные фотоны обладают свойствами, аналогичными распространению звука в твердых телах, усиливая гипотезу о существовании подобной фазы в веществе.

Результаты исследования открывают путь к созданию новых технологий будущего. Полученные данные подтверждают многолетние теоретические прогнозы и стимулируют дальнейшее изучение уникальных материалов, способных изменить наши представления о поведении веществ в условиях экстремального квантового режима.

Ранее ученые рассказали, как и почему сперматозоиды нарушают законы физики.