Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trạng thái chất lỏng spin lượng tử (QSL) là một trạng thái kỳ lạ của vật chất trong đó spin electron, thường thể hiện trật tự ở nhiệt độ thấp, vẫn bị rối loạn. Giờ đây, các nhà khoa học đã phát triển một loại vật liệu mới, nơi có thể quan sát bằng thực nghiệm QSL hai chiều, nâng cao kiến thức về hành vi quay và đưa chúng ta đến gần hơn với các thiết bị ” spintronic ” thế hệ tiếp theo.
Bên cạnh sự hiểu biết sâu sắc về thế giới tự nhiên mà lý thuyết vật lý lượng tử đưa ra, các nhà khoa học trên toàn thế giới đang làm việc không mệt mỏi để đưa ra một cuộc cách mạng công nghệ bằng cách tận dụng kiến thức mới này trong các ứng dụng kỹ thuật. Spintronics là một lĩnh vực mới nổi nhằm vượt qua giới hạn của điện tử truyền thống bằng cách sử dụng spin electron, có thể được xem gần như là góc quay của chúng, như một phương tiện để truyền thông tin.
Nhưng việc thiết kế các thiết bị có thể vận hành sử dụng spin là vô cùng khó khăn và đòi hỏi phải sử dụng vật liệu mới ở các trạng thái kỳ lạ – ngay cả một số nhà khoa học chưa hiểu đầy đủ và chưa quan sát thực nghiệm. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học thuộc Khoa Vật lý Ứng dụng tại Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, đã mô tả một hợp chất mới được tổng hợp với công thức KCu 6 AlBiO 4 (SO 4 ) 5Cl có thể là chìa khóa để hiểu trạng thái “chất lỏng spin lượng tử (QSL)” khó nắm bắt. Nhà khoa học chính, Tiến sĩ Masayoshi Fujihala giải thích động lực của mình: “Quan sát trạng thái QSL là một trong những mục tiêu quan trọng nhất trong vật lý vật chất ngưng tụ cũng như phát triển các thiết bị spintronic mới. Tuy nhiên, trạng thái QSL trong hệ thống hai chiều (2D) đã không được quan sát rõ ràng trong các tài liệu thực tế do sự hiện diện của rối loạn hoặc sai lệch so với các mô hình lý tưởng. “
Trạng thái lỏng spin lượng tử là gì? Trong các vật liệu chống từ dưới nhiệt độ cụ thể, các spin của điện tử tự nhiên sắp xếp thành các mô hình quy mô lớn. Tuy nhiên, trong các vật liệu ở trạng thái QSL, các spin được sắp xếp theo cách tương tự như cách các phân tử trong nước lỏng bị rối loạn so với băng kết tinh. Rối loạn này phát sinh từ một hiện tượng cấu trúc gọi là sự thất vọng, trong đó không có cấu hình có thể có của các spin đối xứng và năng lượng thuận lợi cho tất cả các điện tử. KCu 6 AlBiO 4 (SO 4 ) 5Cl là một hợp chất mới được tổng hợp có các nguyên tử đồng được sắp xếp theo mô hình 2D cụ thể được gọi là “mạng kagome vuông (SKL)”, một sự sắp xếp dự kiến sẽ tạo ra trạng thái QSL thông qua sự thất vọng. Giáo sư Setsuo Mitsuda, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Việc thiếu một hợp chất mô hình cho hệ thống SKL đã cản trở sự hiểu biết sâu sắc hơn về trạng thái quay của nó. Được thúc đẩy bởi điều này, chúng tôi đã tổng hợp KCu 6 AlBiO 4 (SO 4 ) 5 Cl , antiferromagnet SKL đầu tiên, và đã chứng minh sự vắng mặt của trật tự từ tính ở nhiệt độ cực thấp – trạng thái QSL. “
Tuy nhiên, kết quả thử nghiệm thu được không thể được sao chép thông qua các tính toán lý thuyết bằng cách sử dụng mô hình “J 1 -J 2 -J 3 SKL Heisenberg” tiêu chuẩn . Cách tiếp cận này xem xét các tương tác giữa mỗi ion đồng trong mạng tinh thể và các nước láng giềng gần nhất. Đồng tác giả, Tiến sĩ Katsuhiro Morita giải thích: “Để cố gắng loại bỏ sự khác biệt, chúng tôi đã tính toán một mô hình SKL xem xét các tương tác láng giềng gần nhất bằng cách sử dụng các bộ thông số khác nhau. Tuy nhiên, chúng tôi không thể tái tạo kết quả thử nghiệm. một cách chính xác, chúng ta cần tính toán mô hình với các tương tác xa hơn. “
Sự bất đồng giữa thí nghiệm và tính toán nêu bật sự cần thiết phải tinh chỉnh các phương pháp lý thuyết hiện có, vì đồng tác giả Giáo sư Takami Tohyama kết luận: “Trong khi antiferromagnet SKL chúng tôi tổng hợp là một ứng cử viên đầu tiên để điều tra từ tính SKL, chúng tôi có thể phải xem xét các tương tác dài hơn thu được một chất lỏng spin lượng tử trong các mô hình của chúng tôi. Điều này thể hiện một thách thức về mặt lý thuyết để tiết lộ bản chất của trạng thái QSL. ” Chúng ta hãy hy vọng các nhà vật lý quản lý để giải quyết thách thức này để đưa chúng ta thêm một bước nữa gần hơn với lời hứa tuyệt vời của điện tử học.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Khoa học Tokyo . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :