Исследователи из Университета Райса под руководством Пэнчэна Дая установили, что гексаалюминат магния-церия, который ранее считали кандидатом в квантовые спиновые жидкости, на самом деле представляет собой иное, ранее не описанное состояние материи. Работа, опубликованная в журнале Science Advances, ставит под сомнение прежние методы классификации подобных материалов и указывает на скрытую сложность процессов в магнитных системах.
Обычно в магнитных материалах при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, ионы выстраиваются в строго определенном порядке. В ферромагнетиках они ориентированы в одну сторону, в антиферромагнетиках соседние ионы направлены противоположно. Квантовая спиновая жидкость – уникальное состояние, в котором даже в условиях экстремального холода частицы не переходят в статичное положение, а постоянно колеблются между различными конфигурациями. Это создает непрерывный энергетический спектр, который ученые долгое время считали главным доказательством квантовой природы вещества.
Новые эксперименты с применением нейтронного рассеяния подтвердили, что в соединении CeMgAl11O19 действительно нет выраженного магнитного порядка. Однако причиной этого оказалась не квантовая динамика, а конкуренция между ферромагнитными и антиферромагнитными взаимодействиями. Граница между этими двумя состояниями в материале крайне слабая, что позволяет магнитным ионам распределяться в кристаллической решетке случайным образом.
В процессе охлаждения система не переходит в единую стабильную фазу, а фиксируется в одной из множества возможных низкоэнергетических конфигураций. Хотя итоговые данные наблюдений внешне почти идентичны поведению квантовой спиновой жидкости, физическая природа этого процесса иная. В отличие от настоящей спиновой жидкости, где переходы между состояниями происходят непрерывно, изученный материал остается в выбранном положении после его достижения.
Авторы исследования отмечают, что обнаруженное состояние материи имитирует ключевые признаки квантовых систем, что может вводить физиков в заблуждение при поиске материалов для квантовых вычислений. Открытие подчеркивает важность детального изучения микроскопических взаимодействий, поскольку даже убедительные на первый взгляд признаки не гарантируют наличия квантовых эффектов.
