Ученые нашли возможную основу суперкомпьютеров будущего

Используя новейшую технику, ученые, работающие в Национальной лаборатории Университета штата Флорида, нашли доказательства существования квантовой спиновой жидкости, состояния вещества, которое может стать строительным блоком для квантовых компьютеров будущего.

Спи́новая жидкость — одно из магнитных состояний вещества, наряду с ферромагнетизмом и антиферромагнетизмом. Обусловлено «жидким» поведением спинов, собственных моментов импульсов элементарных частиц при низких температурах. Возмущение спинов происходит вплоть до самых низких температур – Wikipedia.

Исследователи обнаружили необычное поведение при изучении так называемых электронных спинов в соединении трихлорида рутения. Их выводы, опубликованные сегодня в журнале Nature Physics, показывают, что спины электронов взаимодействуют через материал, эффективно снижая общую энергию. Этот тип поведения - совместимый с квантовой спиновой жидкостью - был обнаружен в трихлориде рутения при высоких температурах и в сильных магнитных полях.

Теория спиновых жидкостей, впервые представленная в 1973 году, остается загадкой. Несмотря на то, что некоторые материалы демонстрируют многообещающие признаки наличия такого состояния, окончательно подтвердить его существование чрезвычайно сложно. Тем не менее, тема вызывает большой интерес среди ученых, считающих что спиновая жидкость может быть успешно использована в будущих квантовых приборах.

«Данное исследование убедительно подтверждает, что трихлорид рутения является спиновой жидкостью», - сказал физик Ким Модич, доцент Института науки и технологий Австрии. «Я думаю, что наша научная статья дает свежий взгляд на трихлорид рутения и демонстрирует новый способ поиска сигнатур спиновых жидкостей», -добавил он.

На протяжении десятилетий физики всесторонне изучали заряд электрона, переносящего электричество, открывая новые пути для достижений в электронике, энергетике и других областях. Но у электронов также есть свойство, называемое спином. Ученые также хотят научиться использовать спиновой аспект электронов в новейших высоких технологиях, однако универсальное поведение спинов еще полностью не изучено.

Проще говоря, электроны можно представить как вращающиеся вокруг оси, например игрушечного волчка, в определенном направлении. В магнитных материалах эти спины (вращения) выровнены друг с другом в одном или противоположных направлениях. Такое поведение, называемое магнитным упорядочением, может быть вызвано или подавлено температурой или магнитным полем. Как только магнитный порядок будет подавлен, могут возникнуть новые состояния вещества, такие как квантовые спиновые жидкости.

По словам Модича, открытие стало возможным благодаря новой методике под названием резонансная торсионная магнитометрия, которая точно измеряет поведение электронных спинов в сильных магнитных полях и может привести ко многим другим новым открытиям в области магнитных материалов.

«У нас действительно нет методик или аналитического оборудования для изучения возбуждений электронных спинов, как это есть у систем заряда», - сказал Модич. «Существующие методы обычно требуют большой выборки, которая может быть недоступна. Наша методика очень чувствительна и работает с крошечными, деликатными образцами. Это может изменить «правила игры» в этой области исследований».

«Прелесть нашего подхода в том, что это относительно простая установка, которая позволила нам проводить измерения как в резистивном магните мощностью 35 тесла, так и в магните импульсного поля мощностью 65 тесла», -добавил ученый.

Следующим шагом в исследовании будет тестирование метода в импульсном магните мощностью в 100 тесла.

«Такой высокий уровень магнитного поля должен позволить нам непосредственно наблюдать подавление состояния спиновой жидкости, что поможет нам узнать еще больше о внутренней работе этого соединения», - подчеркнули ученые.

Считается, что спиновая жидкость может стать одной из основ при создании квантовых суперкомпьютеров будущего, которые вполне могут ознаменовать появление новой технологической эпохи.