Квантовая спиновая жидкость
-
Квантовая спиновая жидкость
- Фаза вещества, образующаяся при взаимодействии квантовых спинов в магнитных материалах
- Характеризуется дальнодействующей квантовой запутанностью, фракционированными возбуждениями и отсутствием магнитного порядка
-
История и свойства
- Предложена Филом Андерсоном в 1973 году
- Вызвала интерес в 1987 году благодаря теории высокотемпературной сверхпроводимости
- Простейшая магнитная фаза — парамагнетик, при охлаждении переходит в ферромагнитную фазу
- Квантовые спиновые жидкости сохраняют беспорядок до очень низких температур
-
Примеры и реализации
- Треугольник изинговых спинов: фрустрация приводит к увеличению возможных ориентаций спинов
- Резонирующие валентные связи (RVB): основное состояние без магнитного момента, но с дальнодействующей запутанностью
- Спиновые жидкости поддерживают экзотические возбуждения, такие как спиноны
-
Экспериментальные сигнатуры
- Магнитная восприимчивость: параметр фрустрации f > 100 указывает на возможную спиновую жидкость
- ЯМР и µSR: отсутствие магнитного упорядочения при низких температурах
- Удельная теплоемкость, тепловой перенос, рассеяние нейтронов и коэффициент отражения: дополнительные методы для изучения свойств спиновых жидкостей
-
Материалы-кандидаты
- Хлоркупрат цезия: диффузное рассеяние нейтронов, приписываемое спинонам из двумерного состояния RVB, позже опровергнуто
-
Квантовая спиновая жидкость в органических изоляторах
- В 2003 году группа Каноды наблюдала квантовую спиновую жидкость в органическом изоляторе κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3.
- Это соответствует бесщелевой спиновой жидкости со спинонной поверхностью Ферми.
-
Гербертсмитит как кандидат в QSL
- Гербертсмитит — минерал с химической структурой ZnCu3(OH)6Cl2.
- Ионы меди образуют двумерные слои решеток кагоме, что создает антиферромагнитное взаимодействие.
- В 2005 году сообщалось о синтетическом поликристаллическом порошке гербертсмитита.
- В 2011 году выращены крупные монокристаллы гербертсмитита, подтвердившие его спиновую жидкую природу.
-
Квантовая спиновая жидкость в двумерных материалах
- В 2015 году обнаружены майорановские фермионы в двумерном материале, похожем на графен.
- Результаты согласуются с сотовой моделью Китаева.
-
Сильно коррелированная квантовая спиновая жидкость
- SCQSL — новый тип сильно коррелированного электрического изолятора.
- Удельная теплоемкость пропорциональна Tn, где n меньше или равно 1.
- Наиболее перспективный кандидат — гербертсмит.
-
Типы квантовых спиновых жидкостей
- Ca10Cr7O28 — двухслойный магнит с фрустрированным магнитом kagome.
- В декабре 2021 года измерена квантовая спиновая жидкость типа торического кода.
-
Специфические свойства и приложения
- Эффективная масса квазичастиц M* зависит от температуры, плотности и магнитного поля.
- Материалы с квантовыми спиновыми жидкостями могут применяться в хранении данных и памяти.
- Разработки в области квантовых спиновых жидкостей могут помочь в понимании высокотемпературной сверхпроводимости.