Физики, сотрудничающие с Министерством энергетики США, обнаружили новый фазовый переход в материале Sr3CuIrO6, представивший уникальные спиновую структуры и получивший прозвище «пол-лед, пол-огонь» в честь произведений Джорджа Р. Р. Мартина. Исследование проводилось в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, где ученые изучали одномерную модель магнитного материала.
Новый фазовый режим характеризуется особо выраженным разделением электронной спиновой системы: половина спинов формирует упорядоченную, «холодную» структуру, а другая половина остаётся крайне неупорядоченной, или «горячей». Это состояние является дополнением к ранее описанному феномену «пол-огонь, пол-лед», наблюдавшемуся в том же материале при приложении внешнего магнитного поля в начале 2024 года.
Для «пол-огонь, пол-лед» характеризовалось, что атомы меди обладали дезорганизованными «горячими» спинами, тогда как иридами доминировали полностью упорядоченные «холодные» спины. Глубокий анализ фазовых переходов проводился в течение более десяти лет, что позволило исследователям обнаружить недостающие элементы головоломки в поведении данного ферромагнитного материала.
С учетом столетней известности того факта, что одномерная модель Изига не демонстрирует фазового перехода при конечной температуре, ученые сосредоточили внимание и на «запрещенном» феномене. Новое исследование демонстрирует, что фазовый переход возможен, но лишь в узком температурном диапазоне, где происходит резкое переключение позиций «горячих» и «холодных» спинов, что приводит к кардинальной перестройке энтропии системы.
Уникальность обнаруженной фазы заключается в ультраточном характере переключения, сопровождаемом гигантскими изменениями в энтропии, что кардинально отличает её от состояний, известных ранее. Подобное свойство придаёт новое значение изучению фазовых переходов в магнитных системах, где даже малейшие температурные колебания способны вызвать принципиально новые режимы спиновой перестройки.
Достижения исследования открывают перспективы для создания новых технологий в области холодильного оборудования и хранения данных, где фазовые состояния могут выступать как двоичные единицы информации. Исследователи отмечают значительный потенциал для применения феномена в разработке квантовых вычислительных устройств и спинтроники. Алексей Цвелик прокомментировал: «Но несмотря на наши обширные исследования, мы все еще не знали, как можно использовать это состояние». Мыигуо Ин отметил: «Обнаружение новых состояний с экзотическими физическими свойствами и возможность управления переходами между ними являются ключевыми задачами в конденсированной материи и материаловедении. Решение этих задач может привести к значительным прорывам в таких технологиях, как квантовые вычисления и спинтроника», добавив: «Дверь новым возможностям теперь широко открыта».
Результаты исследований опубликованы в двух работах 2024 года: Yin, W., Roth, C. R., & Tsvelik, A. M. в Physical Review B, том 109, выпуск 5 и Yin, W., & Tsvelik, A. M. в Physical Review Letters, том 133, выпуск 26.
Изображение носит иллюстративный характер
Новый фазовый режим характеризуется особо выраженным разделением электронной спиновой системы: половина спинов формирует упорядоченную, «холодную» структуру, а другая половина остаётся крайне неупорядоченной, или «горячей». Это состояние является дополнением к ранее описанному феномену «пол-огонь, пол-лед», наблюдавшемуся в том же материале при приложении внешнего магнитного поля в начале 2024 года.
Для «пол-огонь, пол-лед» характеризовалось, что атомы меди обладали дезорганизованными «горячими» спинами, тогда как иридами доминировали полностью упорядоченные «холодные» спины. Глубокий анализ фазовых переходов проводился в течение более десяти лет, что позволило исследователям обнаружить недостающие элементы головоломки в поведении данного ферромагнитного материала.
С учетом столетней известности того факта, что одномерная модель Изига не демонстрирует фазового перехода при конечной температуре, ученые сосредоточили внимание и на «запрещенном» феномене. Новое исследование демонстрирует, что фазовый переход возможен, но лишь в узком температурном диапазоне, где происходит резкое переключение позиций «горячих» и «холодных» спинов, что приводит к кардинальной перестройке энтропии системы.
Уникальность обнаруженной фазы заключается в ультраточном характере переключения, сопровождаемом гигантскими изменениями в энтропии, что кардинально отличает её от состояний, известных ранее. Подобное свойство придаёт новое значение изучению фазовых переходов в магнитных системах, где даже малейшие температурные колебания способны вызвать принципиально новые режимы спиновой перестройки.
Достижения исследования открывают перспективы для создания новых технологий в области холодильного оборудования и хранения данных, где фазовые состояния могут выступать как двоичные единицы информации. Исследователи отмечают значительный потенциал для применения феномена в разработке квантовых вычислительных устройств и спинтроники. Алексей Цвелик прокомментировал: «Но несмотря на наши обширные исследования, мы все еще не знали, как можно использовать это состояние». Мыигуо Ин отметил: «Обнаружение новых состояний с экзотическими физическими свойствами и возможность управления переходами между ними являются ключевыми задачами в конденсированной материи и материаловедении. Решение этих задач может привести к значительным прорывам в таких технологиях, как квантовые вычисления и спинтроника», добавив: «Дверь новым возможностям теперь широко открыта».
Результаты исследований опубликованы в двух работах 2024 года: Yin, W., Roth, C. R., & Tsvelik, A. M. в Physical Review B, том 109, выпуск 5 и Yin, W., & Tsvelik, A. M. в Physical Review Letters, том 133, выпуск 26.
