Otkriveno novo stanje materije: Tekućina kvantnog spina

Zahvaljujući naporima međunarodnog tima znanstvenika, uključujući i onih s University of Cambridge, pronađen je prvi opipljivi dokaz postojanja misterioznog stanja materije čije je postojanje predviđeno još prije četrdeset godina. Stanje, zvano tekućina kvantnog spina (engl. quantum spin liquid), karakterizira raspadanje neuobičajeno raspadanje elektrona unutar tvari, a kao elementarnih čestica koje su u osnovi nedjeljive.

Proučavajući ponašanje dvodimenzionalnog materijala sa strukturom sličnom grafenu, znanstvenici su registrirali postojanje tzv. Majorana fermiona, čestica za koje se pretpostavlja kako nastaju raspadom elektrona. Naime, dotični rezultati u skladu su postavkama Kitajevog modela, kao jednog od osnovnih modela koji opisuju tekućinu kvantnog spina.

Iako se sve do sada smatralo kako se ovo stanje materije krije u nekim materijalima s magnetskim svojstvima, navedeno stanje nikad nije otkriveno u prirodi. Međutim, otkrićem Majorana fermiona, kao rezultata fraktalizacije elektrona, sada je nedvojbeno dokazano postojanje tekućine kvantnog spina. Štoviše, dotične čestice mogle bi imati značajnu praktičnu primjenu pri izgradnji kvantnih računala nemjerljivo moćnijih od današnje, konvencionalne elektronike.

Naime, u materijalu koji ima klasična magnetska svojstva elektroni se ponašanju kao mali magneti, čemu svjedoči i pojava slaganja elektrona nakon što se materijal ohladi na dovoljno nisku temperaturu, tijekom koje se sjeverni magnetski polovi svih elektrona okrenu u istom smjeru.

Međutim, kod materijala koji se nalazi u stanju tekućine kvantnog spina elektrone nije moguće složiti na spomenuti način čak i u slučaju da navedeni ohladimo do apsolutne nule. Štoviše, raspadnuti elektroni unutar materijala ostat će u stanju svojevrsne juhe nastale uslijed kvantnih fluktuacija.

Kako bi detektirali fraktalizaciju neutrona u kristalima rutenijevog(III)-klorida (RuCl3), znanstvenici su navedene izložili neutronskom zračenju i potom promatrali fluktuacije u magnetskim svojstvima. I dok je otprije poznato kako skeniranje običnog magneta rezultira jasnim, oštrim točkama, znanstvenici nisu bili sigurni kakve će uzorke polučiti eventualno skeniranje Majorana fermiona u tekućini kvantnog spina. Stoga je još 2014. godine osmišljen teoretski model kako bi dotični mogli izgledati, a koji se umnogome poklopio s rezultatima skeniranja.

 

---

Izvor: znanost.geek.hr | Foto: sciencedaily