Een recente ontdekking door natuurkundigen van de Universiteit van Arkansas kan onderzoekers helpen het bestaan ​​van kwantumspinvloeistoffen vast te stellen. een nieuwe stand van zaken. Ze zijn een mysterie geweest sinds ze voor het eerst werden voorgesteld in de jaren zeventig. Indien bewezen te bestaan, kwantumspinvloeistoffen zouden een stap zijn in de richting van veel snellere, kwantumcomputers van de volgende generatie.

Wetenschappers hebben de aandacht en het onderzoek gericht op het zogenaamde Kitaev-type spinvloeistof, genoemd ter ere van de Russische wetenschapper, Alexei Kitaev, wie het eerst voorstelde. Vooral, ze hebben uitgebreid gekeken naar twee materialen:RuCl ₃ en Na ₂ IrO—als kandidaten voor dit type. Beide hebben kleine quantum-spingetallen.

"Traditionele kandidaten zijn vrij beperkt tot alleen deze twee, " zei Changsong Xu, een onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde en eerste auteur van een paper gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

In hun recente werk U of A-natuurkundigen hebben het aantal materialen dat in aanmerking komt als Kitaev-kwantumspinvloeistoffen aanzienlijk uitgebreid door te kijken naar materialen met hogere quantum-spingetallen, en door materialen onder fysieke druk te zetten om hun magnetische toestanden af ​​te stemmen.

"Plotseling, we beseffen dat er tientallen kandidaten zijn die we kunnen voorstellen, " zei Xu.

Quantum-spinvloeistoffen worden gedefinieerd door hun ongebruikelijke magnetische opstelling. Magneten hebben een noord- en zuidpool, die samen dipolen worden genoemd. Deze worden meestal geproduceerd door de kwantumspin van elektronen. Binnen een magnetisch materiaal, dipolen hebben de neiging om allemaal evenwijdig aan elkaar te zijn (ferromagnetisme) of periodiek hun op- en neerwaartse richting af te wisselen (antiferromagnetisme).

In het geval van hypothetische kwantumspinvloeistoffen, dipolen zijn niet zo goed geordend. In plaats daarvan, ze vertonen ongebruikelijke ordening binnen een kleine afstand van elkaar. Door verschillende volgorden ontstaan ​​er verschillende soorten spinvloeistoffen.

Xu, samen met Distinguished Professor of Physics Laurent Bellaiche en collega's in China en Japan, gebruikte rekenmodellen om een ​​Kitaev quantum spin vloeibare toestand te voorspellen in materialen zoals chroomjodide en chroomgermaniumtelluride. Het werk, die werd ondersteund door subsidies van de Arkansas Research Alliance en het Department of Energy, zal onderzoekers veel meer materialen geven om te bestuderen in een zoektocht om het bestaan ​​van kwantumspinvloeistoffen te bewijzen, zei Xu.