Международная группа ученых, объединенная Центром нанотехнологий Лондонского университетского колледжа, открыла наличие скрытого квантового магнитного упорядочения в цепочке примерно из 100 атомов керамического материала, не обладающего классическим магнетизмом. Цель эксперимента состояла в том, чтобы продемонстрировать наличие скрытого квантового порядка, который называют "фазовой когерентностью" и наблюдают обычно в полупроводниках и сверхтекучих жидкостях, а также выяснить зависимость его протяженности от температуры и наличия химических примесей в материале, чтобы определить, можно ли будет использовать распространенные материалы для создания спинтронных устройств.

Эксперимент проводился в Центре нейтронных исследований Национального института стандартов и технологий (NIST) в США и на ускорителе частиц ISIS в Лаборатории Резерфорда в Великобритании.

В эксперименте использовался керамический материал, состоящий из цепочек октаэдров, образованных атомами кислорода с размещенными в центре атомами никеля. Такие цепочки представляют собой экзотическую квантовую спиновую жидкость, в которой спины электронов направлены случайным образом без всякого порядка даже при очень низких температурах. Для обнаружения спиновых флуктуаций и определения расстояния, на которые они могут распространяться, были использованы нейтроны.

В результате было обнаружено, что при низких температурах магнитные возбуждения могут распространяться довольно далеко вдоль цепочки атомов, создавая, таким образом, локальные магнитные участки. Также было открыто, что когерентность можно было ограничивать или даже разрушать путем введения в материал дефектов, или вводя в него примеси, или нагревая. В таком случае цепочки делились на более мелкие кусочки, каждый из которых имел уже свой собственный скрытый порядок.

Первоначально экспериментаторы не ставили перед собой никаких перспективных практических целей, но результаты показали, что керамические материалы с такими свойствами могут найти применение при разработке наноэлектронных устройств, а также компонентов квантовых компьютеров.

Сергей САНЬКО