Новый вид магнетизма, экспериментально открытый только в прошлом году, начинает приоткрывать свои тайны.

Учёные впервые сумели измерить детальные характеристики необычного вида магнетизма, обнаруженного внутри минерала, который известен как гербертсмитит (ZnCu₃(OH)₆Cl₂). Это сделали специалисты из Массачусетского технологического института (США), ведомые Нухом Гедиком (Nuh Gedik).

В 2007 году было сделано предположение, что у гербертсмитита могут быть свойства спиновой жидкости.

Рис. 1. Гербертсмитит (фото Rob Lavinsky / irocks.com).

О чём речь? В ферромагнетиках все магнитные силы действуют в одном направлении. В антиферромагнетиках (где магнетизм тоже есть) соседние участки вещества, имеющие магнитные поля, выстраиваются в противоположных направлениях, полностью компенсируя действие друг друга. А вот в спиновых жидкостях нет ни того ни другого.

В гербертсмитите магнитные поля его участков постоянно находятся в состоянии флуктуации, действуя то в одном, то в другом направлении. В 2012 году это удалось наконец зафиксировать, но только в самом общем смысле. Изучать собственно материал оказалось не так просто, и реакция его электронов на воздействие света — ключевой признак, по которому можно было судить о его магнетизме, — до недавних пор не имела инструментального подтверждения. Чтобы измерить её, физики использовали лазеры с очень короткими импульсами: каждый длился не больше триллионной доли секунды.

Согласно результатам измерений, проводимость света в гербертсмитите со временем испытывает случайные флуктуации, связанные с трансформацией взаимодействия электронов и фотонов под влиянием постоянно пульсирующего магнитного поля.

Рис. 2. Именно структура вещества позволяет ему иметь уникальные магнитные свойства. (Иллюстрация N. Gedik et al.)

Это может подтвердить давно сделанные предположения о природе спиновой жидкости и её связи с высокотемпературной сверхпроводимостью, полагают авторы работы.

Напомним: гипотеза, выдвинутая в 1980-х, описывает эту «странную» проводимость как следствие присутствия в её носителях состояний неупорядоченной спиновой жидкости. Если теория окажется верной, на основе веществ, в которых магнетизм имеет свойства спиновой жидкости, можно будет попытаться целенаправленно поискать особо эффективные высокотемпературные сверхпроводники.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт можно полистать здесь.