Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Irvine, hebben een nieuwe fase van materie ontdekt die ontstaat wanneer wanorde kwantumspinvloeistoffen verandert. Hun werk, gepubliceerd in Nature Communications, biedt inzichten in het gedrag van exotische materialen die toepassingen zouden kunnen hebben in quantum computing en spintronica.

Kwantumspinvloeistoffen zijn materialen die een uniek magnetisch gedrag vertonen. In deze materialen zijn de spins van de elektronen niet in een regelmatig patroon uitgelijnd, maar fluctueren ze op een ongeordende manier. Deze stoornis geeft kwantumspinvloeistoffen een aantal interessante eigenschappen, zoals het vermogen om elektriciteit zonder weerstand te geleiden.

Het gedrag van kwantumspinvloeistoffen kan echter aanzienlijk worden veranderd door de aanwezigheid van wanorde. In hun onderzoek onderzochten de UCI-onderzoekers de effecten van wanorde op een bepaald type kwantumspinvloeistof, het kagome-rooster. Het kagome-rooster is een tweedimensionale structuur die bestaat uit zeshoekige lussen en het is bekend dat het een verscheidenheid aan exotische eigenschappen vertoont.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer wanorde in het kagome-rooster wordt geïntroduceerd, de kwantumspinvloeistof een faseovergang ondergaat naar een nieuwe fase van de materie. Deze nieuwe fase wordt gekenmerkt door de vorming van magnetische clusters in de ongeordende spinvloeistof. De clusters bestaan ​​uit uitgelijnde spins die omgeven zijn door ongeordende spins.

De onderzoekers geloven dat deze nieuwe fase van materie het resultaat is van de competitie tussen wanorde en de interacties tussen de spins. De stoornis heeft de neiging de correlaties tussen de spins te verstoren, terwijl de interacties de neiging hebben de spins op één lijn te brengen. Deze concurrentie leidt tot de vorming van de magnetische clusters.

De ontdekking van deze nieuwe fase van de materie biedt inzichten in het gedrag van exotische materialen die toepassingen zouden kunnen hebben in quantum computing en spintronica. Quantum computing is een nieuw type computergebruik dat quantumbits (qubits) gebruikt om berekeningen uit te voeren. Qubits kunnen worden gemaakt uit de spins van elektronen, en de magnetische clusters die worden gevormd in de wanordelijke kwantumspinvloeistof kunnen worden gebruikt als qubits in kwantumcomputers. Spintronica is een soort elektronica die de spins van elektronen gebruikt om informatie op te slaan en te verwerken. De magnetische clusters gevormd in de wanordelijke kwantumspinvloeistof zouden ook kunnen worden gebruikt in spintronische apparaten.

Het onderzoeksteam onderzoekt momenteel de eigenschappen van de nieuwe fase van materie en onderzoekt de mogelijke toepassingen ervan in quantum computing en spintronica.