Квантовая загадка, десятилетиями ставившая ученых в тупик, решена
Международная команда подтвердила существование фотоноподобных возбуждений и фракционализованных спинов в трехмерном квантовом спиновом льде, что разрешает давний спор и открывает путь к изучению экзотических квантовых состояний
Короткое резюме
Международная исследовательская группа под руководством физика Райсовского университета Пэнчэна Дая впервые убедительно доказала существование квантового спинового льда — особого класса трехмерных квантовых спиновых жидкостей — в кристалле оксида церия-циркония (Ce2Zr2O7). Используя метод поляризованного рассеяния нейтронов, ученые зафиксировали два ключевых признака этого экзотического состояния материи: «эмерджентные фотоны» (коллективные возбуждения, ведущие себя как фотоны) и фракционализованные спиновые возбуждения (спиноны).
Это открытие разрешает многолетние теоретические дебаты в физике конденсированного состояния. В отличие от обычных магнетиков, в квантовом спиновом льде магнитные моменты (спины) не замораживаются в упорядоченную структуру даже при температурах, близких к абсолютному нулю, а остаются в состоянии постоянного квантового запутывания и коллективного движения, что приводит к появлению эффективной квантовой электродинамики внутри материала. Измерения удельной теплоемкости также подтвердили, что обнаруженные эмерджентные фотоны подчиняются дисперсионному закону, подобному закону для звуковых волн в твердом теле.
Полученные результаты предоставляют чистую экспериментальную платформу для углубленного изучения сильно запутанных квантовых состояний, которые в будущем могут лечь в основу таких технологий, как квантовые вычисления и передача энергии без диссипации. Успех стал возможен благодаря международному сотрудничеству, улучшенному качеству образцов и использованию высокоточных инструментов в ведущих лабораториях Европы и Северной Америки.
Подтверждение трехмерного квантового спинового льда
Впервые получены прямые экспериментальные доказательства того, что кристалл Ce2Zr2O7 является истинным квантовым спиновым льдом — трехмерной квантовой спиновой жидкостью
Обнаружение эмерджентных фотонов и спинонов
С помощью поляризованного рассеяния нейтронов зафиксированы ключевые возбуждения этого состояния: фотоноподобные коллективные моды («эмерджентные фотоны») и фракционализованные спиновые возбуждения (спиноны), что является его отличительным признаком
Разрешение давнего теоретического спора
Результаты подтверждают теоретические предсказания, сделанные десятилетия назад, и разрешают продолжавшиеся дебаты о возможности существования и наблюдаемости таких состояний в трехмерных материалах
Создание платформы для будущих исследований
Открытие предоставляет чистую и хорошо охарактеризованную систему для изучения экзотических квантовых явлений и поиска путей их применения в квантовых технологиях
Текст сгенерирован с использованием ИИ
