Quantum-spinvloeistoffen zijn kandidaten voor mogelijk gebruik in toekomstige informatietechnologieën. Tot dusver, kwantumspinvloeistoffen zijn meestal alleen gevonden in een- of tweedimensionale magnetische systemen. Nu heeft een internationaal team onder leiding van HZB-wetenschappers kristallen van PbCuTe . onderzocht ₂ O ₆ met neutronenexperimenten bij ISIS, NIST en ILL.

Ze vonden spinvloeistofgedrag in 3D, door een zogenaamd hyper-hyperkagome-rooster. De experimentele gegevens passen uitstekend bij theoretische simulaties die ook bij de HZB worden gedaan.

IT-apparaten zijn tegenwoordig gebaseerd op elektronische processen in halfgeleiders. De volgende echte doorbraak zou kunnen zijn om andere kwantumfenomenen te exploiteren, bijvoorbeeld interacties tussen kleine magnetische momenten in het materiaal, de zogenaamde spins. Zogenaamde quantum-spin vloeibare materialen zouden in aanmerking kunnen komen voor dergelijke nieuwe technologieën. Ze verschillen aanzienlijk van conventionele magnetische materialen omdat kwantumfluctuaties de magnetische interacties domineren:vanwege geometrische beperkingen in het kristalrooster, spins kunnen niet allemaal samen "bevriezen" in een grondtoestand - ze worden gedwongen te fluctueren, zelfs bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt.

Quantum spin vloeistoffen:een zeldzaam fenomeen

Kwantumspinvloeistoffen zijn zeldzaam en zijn tot nu toe vooral gevonden in tweedimensionale magnetische systemen. Driedimensionale isotrope spinvloeistoffen worden meestal gezocht in materialen waar de magnetische ionen pyrochloor- of hyperkagome-roosters vormen. Een internationaal team onder leiding van HZB-natuurkundige prof. Bella Lake heeft nu monsters van PbCuTe . onderzocht ₂ O ₆ , die een driedimensionaal rooster heeft dat een hyper-hyperkagome-rooster wordt genoemd.

Magnetische interacties gesimuleerd

HZB-natuurkundige prof. Johannes Reuther berekende het gedrag van zo'n driedimensionaal hyper-hyperkagome-rooster met vier magnetische interacties en toonde aan dat het systeem quantum-spin vloeistofgedrag vertoont met een specifiek magnetisch energiespectrum.

Experimenten bij neutronenbronnen vinden 3D-kwantumspinvloeistof

Met neutronenexperimenten bij ISIS, VK, ZIEK, Frankrijk en NIST, USA was het team in staat om de zeer subtiele signalen van dit voorspelde gedrag te bewijzen. "We waren verrast hoe goed onze gegevens in de berekeningen passen. Dit geeft ons hoop dat we echt kunnen begrijpen wat er in deze systemen gebeurt, " legt eerste auteur Dr. Shravani Chillal uit, HZB.