Существование необычного квантового состояния вещества – квантовой жидкости, предсказанное теоретически около сорока лет тому назад и отмеченное Нобелевской премией, нашло свое новое подтверждение в эксперименте по изучению магнитных свойств кристаллического минерала гербертсмитита.


Квантовая спиновая жидкость, в отличие от обычной, имеет дело не с молекулами вещества, а с магнитными состояниями его частиц. Эти состояния - спиноны, имеют, в отличие от спина электрона, равного единице, нецелочисленное значение, равное 1/2. Теоретически основное состояние квантовой жидкости не должно быть упорядоченным, так как магнитные состояния составляющих её частиц постоянно флуктуируют, подобно постоянному движению молекул в настоящей жидкости.


Экспериментальное подтверждение существования спиновой жидкости до последнего времени сталкивалось с двумя трудностями – отсутствием подходящего модельного вещества для изучения и недостаточной надежностью методик исследования.
Однако в начале нового столетия внимание ученых привлек редкий минерал гербертсмитит, антиферромагнетик по своим магнитным свойствам, имеющий химическую формулу ZnCu3(OH)6Cl2. Уже первые эксперименты по изучению магнитной восприимчивости и теплоемкости показали, что в кристаллах этого соединения нет дальнего магнитного порядка. В кристаллической решетке гербертсмитита, получившей название кагоме по сходству с японской плетенкой, ионы меди со спином 1/2, располагаясь в вершинах треугольников, формируют слои, разделенные немагнитными слоями из атомов цинка и хлора. Такое кристаллическое строение локализует магнитные взаимодействия в этом кристалле в слоях из ионов меди и формирует спиновую систему, предрасположенную к реализации состояния спиновой квантовой жидкости.


Недавно физики из Массачусетского Института Технологии вырастили очень чистый кристалл гербертсмитита длиной 7 мм и весом 0,2 г и исследовали его методом неупругого рассеяния нейтронов. Исследователи обнаружили, что при низких температурах вместо обычных для упорядоченного антиферромагнетика спиновых волн спиновое возбуждение образует характерный для спиновой жидкости ряд непрерывных, произвольно ориентированных магнитных состояний, наблюдавшийся ранее лишь для одномерных систем со спином 1/2. Таким образом, нашла свое подтверждение гипотеза о существовании еще одного типа магнетизма – «жидкого», связанного с отсутствием упорядочения магнитных моментов.


comments powered by Disqus