Дослідники виявили в магнітних матеріалах критичну точку квантового фазового переходу, схожу на ту, що існує у води та інших речовин.
Фізики виявили аналог критичної точки у квантовому матеріалі. Це допоможе розробити нові магніти з унікальними властивостями.
Будь-яка речовина при певних умовах може існувати в трьох агрегатних станах — рідкому, твердому і газоподібному. Перехід між ними називається фазовим. На наших кухнях вода кипить при температурі 100°C. Її щільність і інші фізичні характеристики в результаті цього процесу сильно змінюються. Однак, якщо ми збільшимо тиск, температура кипіння води також зросте.
Це відбувається до тиску у 221 атмосферу, при якому рідина кипить при 374°С. Тут відбувається щось дивне: рідина і газ зливаються в одну фазу. Вище цієї “критичної точки” фазового переходу взагалі немає, і тому, контролюючи тиск, воду можна перетворювати з рідини в газ без явного переходу між станами. Тепер фізики виявили квантову версію такого процесу.
Вчені досліджували квантовий антиферомагнетик SrCu2 (BO3)2 (SCBO). Такі матеріали дозволяють зрозуміти, як квантові аспекти структури матеріалу впливають на його фізичні властивості — наприклад, на взаємодію спінів його електронів, які обумовлюють магнітні властивості. SCBO являє собою “засмучений” магніт. Це означає, що його електронні спини не можуть стабілізуватися в якійсь упорядкованій структурі, і замість цього вони переходять в унікальні квантові флуктууючі стани.
Автори роботи вивчали властивості матеріалу, контролюючи тиск і напруженість магнітного поля, що діє на нього. Виявилося, що за певних умов SCBO має питому теплоту, характерну для фазового переходу. Пояснити це явище вчені змогли за допомогою комп’ютерної моделі. Тепер автори планують використовувати результати дослідження для проєктування нових квантових матеріалів з важливими для практичного застосування властивостями.
Дослідження опубліковано в журналі Nature.
Натхнення: www.popmech.ru