კვანტურ ფიზიკაში სპინი, ნაწილაკების საკუთარი იმპულსის მომენტი, არის შინაგანი კვანტური მახასიათებელი. სპინი ზოგიერთ მასალას ანიჭებს მაგნიტურ თვისებებს. ჩვეულებრივად ელექტრონები იქცევიან როგორც პატარა კომპასები, რომელთა ისრებიც გაციებისას ერთი მიმართულებით ლაგდებიან. ჩვეულებრივ მაგნიტებში, ელექტრონის სპინები ყველა ორიენტირებულია იმავე მიმართულებით, რაც ქმნის "ფერომაგნიტურ ფაზას". ზოგადად ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ნივთიერება უფრო არა-ორგანიზებული ხდება, მაგალითია წყლის ორთქლად გარდაიქმნება. კვანტური სპინური სითხის შემთხვევაში, თითქმის აბსოლუტურ ნულამდე გაცივებაც არაა საკმარისი, რომ ყველა ისარი ერთი მიმართულებით განლაგდეს, არამედ ვიღებთ კვანტურად გადაჯაჭვულ მდგომარეობებს.

2022 წლის 20 აპრილს ჟურნალმა Physical Review X გამოაქვეყნა მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფის სტატია, სადაც ისინი ამტკიცებენ, რომ მათ მოახერხეს დაეფიქსირებინათ კვანტური სპინის თხევადი ძირითადი მდგომარეობა. ჩვეულებრივი ფერომაგნიტებისაგან განსხვავებით, სადაც ელექტრონული სპინები ყველა ორიენტირებულია ერთი მიმართულებით, კვანტურ სპინურ სითხეებში ელექტრონები განლაგებულია სამკუთხა სტრუქტურებში და ქმნიან სამეულებს (ménage à trois), რომელსაც ახასიათებს ინტენსიური ტურბულენტობა, რაც ხელს უშლის მოწესრიგებას. შედეგად ვიღებთ გადახლართულ ტალღის ფუნქციას და მაგნიტურს უწესრიგობას.

„როდესაც მესამე ელექტრონი ემატება, ელექტრონის სპინები ვერ გასწორდება, რადგან ორ მეზობელ ელექტრონს ყოველთვის უნდა ჰქონდეს საპირისპირო სპინები, რაც ქმნის იმას, რასაც ჩვენ მაგნიტურ იმედგაცრუებას ვუწოდებთ“, - განმარტავს სტატიის ერთ-ერთი ავტორი Andrea Bianchi (მონრეალის უნივერსიტეტი). "ეს წარმოქმნის აგზნებას, რომელიც ინარჩუნებს ბრუნვის სიმეტრიის დარღვევას და, შესაბამისად, თხევად მდგომარეობას, თუნდაც ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე."

მეცნიერები სწავლობდნენ ნაერთს Ce₂Zr₂O₇, რომელიც არის ცერიუმზე დაფუძნებული ნივთიერება მაგნიტური თვისებებით. "ამ ნაერთის არსებობა ცნობილი იყო", - ამბობს Andrea Bianchi. "ჩვენი გარღვევა იყო მისი უნიკალური სუფთა სახით შექმნა. ჩვენ გამოვიყენეთ ოპტიკურ ღუმელში მდნარი ნიმუშები ატომების თითქმის სრულყოფილი სამკუთხა განლაგების შესაქმნელად და შემდეგ შევამოწმეთ კვანტური მდგომარეობა." სწორედ ამ თითქმის სრულყოფილმა სამკუთხედმა მისცა მეცნიერებს ე. წ. მაგნიტური იმედგაცრუების შექმნის საშუალება Ce₂Zr₂O₇-ში.

"ჩვენმა გაზომვებმა აჩვენა კლასიკური მაგნიტური წესრიგის არარსებობის აშკარა ნიშანი, ასევე სპინების განაწილება მუდმივად მერყევი მიმართულებებით, რაც დამახასიათებელია სპინური სითხეებისთვის და მაგნიტური იმედგაცრუებისთვის. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ნივთიერება, რომელიც ჩვენ შევქმენით, დაბალ ტემპერატურაზე იქცევა როგორც ჭეშმარიტი სპინური სითხე“ - ამბობს Andrea Bianchi. ამ დაკვირვებების კომპიუტერული სიმულაციებით დადასტურების შემდეგ, გუნდმა დაასკვნა, რომ ისინი მართლაც აღმოაჩინეს ახალი კვანტური მდგომარეობა.

„მატერიის ახალი კვანტური მდგომარეობის აღმოჩენა ყველა ფიზიკოსის ოცნებაა. ჩვენი ნივთიერება რევოლუციურია, რადგან პირველები ვართ, ვინც აჩვენა, რომ ის ნამდვილად შეიძლება იყოს სპინური სითხის სახით. ამ აღმოჩენამ შეიძლება გზა მისცეს ახალი მიდგომებს კვანტური კომპიუტერების დიზაინისთვის" - ამატებს Andrea Bianchi.

წყარო:
https://phys.org/...state.html