В лабораторий Эймса при Министерстве энергетики США ученые обнаружили и описали существование уникального неупорядоченного спинового состояния электрона в металле, которое открывает новый путь к изучению фрустрированных магнетиков и созданию сверхпроводников.

Физики, изучающие конденсированное вещество, используют понятие «фрустированный» для описания того типа магнетиков, в котором спины не способны расположиться в стабильном магнитном порядке. В идеальных фрустрированных магнетиках, которые называются спиновыми жидкостями, неупорядоченный магнетизм этих материалов существует даже при очень низких температурах, и их уникальные свойства привлекают большой интерес ученых с точки зрения применения в квантовых вычислениях и высокотемпературной сверхпроводимости.

Обычно свойства идеального фрустрированного магнитного состояния ищут в диэлектриках. Но специалисты Лаборатории Эймса смогли обнаружить «идеально фрустрированное» состояние в металле — CaCo1.86As2.

«Идеально фрустрированные системы, которые совсем не могут упорядочить свои магнитные состояния, вообще сложно найти, а в металлах — тем более», — говорит один из авторов исследования Роб Макквини.

В диэлектрических магнетиках взаимодействия между спинами, ведущие к фрустрации, определяются кристаллической структурой решетки и относительно неизменны. Открытие этого почти идеально фрустрированного металла указывает на новый путь к управлению магнитными взаимодействиями, сообщает Phys.org.

«Мы знаем, что некоторые взаимодействия, которые приводят к фрустрации, управляются электронами проводимости, и мы можем настраивать их очень аккуратно — может быть, так мы получим сверхпроводник, а может — новое квантовое состояние. Здесь таится большой потенциал», — считает Макквини.

Ученые Национальной лаборатории Ок-Ридж открыли в октябре новый метод измерения спинового тока на поверхности квантовых материалов — уникальную технологию микроскопии, способную обнаружить спин электрона в топологических диэлектриках.