Ученые из МФТИ и зарубежных стран экспериментально подтвердили существование спинонов, нового типа квазичастиц, возникающих внутри экзотических квантовых материалов, так называемых спиновых жидкостей. Их выводы и результаты наблюдений были представлены в журнале Physical Review Letters.
"Исследованные нами материалы поглощали электромагнитные волны сильнее, чем, казалось бы, они должны были это делать. Причиной этого было возбуждение спинонов. Поскольку это сугубо квантовый эффект, его необходимо учитывать при создании устройств квантовой электроники, использующей принципы квантовой природы носителей заряда", — рассказывает Елена Жукова из Московского Физтеха, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Жукова и ее коллеги изучали свойства так называемых квантовых спиновых жидкостей. Под этим словом ученые понимают набор атомов или ионов, спины электронов которых ведут себя хаотичным образом даже при очень низких температурах, подобно молекулам воды и другой жидкости.
Два года назад сразу две группы физиков из США и Китая создали первые экспериментальные аналоги подобных жидкостей, изучая свойства экзотических материалов при сверхнизких температурах. Эти опыты стали первым свидетельством того, что неуловимые фермионы Майорана — гипотетические частицы, являющиеся антиподом самим себе — действительно могут существовать в реальности.
Помимо фермионов Майорана, ученых давно интересует то, как "работают" сами квантовые спиновые жидкости и что заставляет их вести себя хаотичным образом. Теоретики предполагают, что в этом "виноваты" так называемые спиноны – особые квазичастицы, свободно "гуляющие" по толще жидкости и позволяющие электронам "обмениваться" спинами на большом расстоянии друг от друга.
Их существование, как отмечают ученые, было предсказано еще в 1973 году, однако до настоящего времени физикам не удавалось зафиксировать одиночные спиноны и изучить их свойства. Российские исследователи и их зарубежные коллеги решили эту задачу, подобрав правильный материал и условия для ведения эксперимента.
"Были попытки обнаружить это взаимодействие. Но получаемые данные только качественно совпадали с теорией. Наше исследование говорит, что для того, чтобы обнаружить спиноны, необходимо использовать так называемые моттовские изоляторы", — продолжает Жукова.
Так ученые называют еще один экзотический квантовый материал, который одновременно сочетает в себе свойства и изолятора, и проводника. В отличие от сверхпроводников, при охлаждении они не приобретают, а теряют способность проводить ток, так как электроны в них "кучкуются" в обособленные группы и начинают сильно отталкивать друг друга.
Как обнаружили Жукова и ее коллеги, спиноны можно обнаружить внутри моттовского изолятора, охлажденного до сверхнизких температур, обстреливая его пучками терагерцового излучения, "раздевающих лучей". В том случае, если спиноны присутствуют внутри материала, он начинает поглощать низкочастотную часть этих волн сильнее, чем это предсказывает классическая теория, описывающая поведение подобных материалов.
Открытие спинонов, как надеются ученые, поможет ученым приблизиться к полному пониманию того, как работают квантовые спиновые жидкости, и понять, как их можно использовать на практике.
По информации https://ria.ru/science/20180831/1527575251.html
Обозрение "Terra & Comp".
