Credito:Università di Liverpool
Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Liverpool e dalla McMaster University ha compiuto un significativo passo avanti nella ricerca di nuovi stati della materia.
In uno studio pubblicato sulla rivista Fisica della natura , i ricercatori mostrano che l'ossido di metallo correlato alla perovskite, TbInO 3 , mostra uno stato liquido con spin quantistico, uno stato della materia a lungo ricercato e insolito.
Utilizzando tecnologie sperimentali all'avanguardia, compresi scattering anelastico di neutroni e spettroscopia di muoni, i ricercatori hanno scoperto che lo stato quantistico esotico in TbInO 3 emerge dalla complessità dell'ambiente locale intorno agli ioni magnetici nel materiale, in questo caso, dell'elemento delle terre rare terbio.
La scoperta è stata una sorpresa per il team di TbInO 3 è un materiale che non dovrebbe mostrare un comportamento magnetico così insolito in base alla sua struttura cristallina.
Lo stato liquido con spin quantistico è stato proposto teoricamente oltre quarant'anni fa dal premio Nobel Philip Anderson. Nei liquidi a spin quantistico, i momenti magnetici si comportano come un liquido e non si congelano né si ordinano nemmeno allo zero assoluto, dando origine a diverse straordinarie proprietà dei materiali.
La materializzazione dei liquidi con spin quantistico è ancora ampiamente contestata. Come tale, la scoperta e l'esplorazione di nuovi materiali che possono ospitare questo stato della materia sono aree attive della ricerca sui materiali avanzati e hanno potenziali applicazioni nello sviluppo dell'informatica quantistica.
Dott.ssa Lucy Clark, dalla Materials Innovation Factory dell'Università che guida un programma di ricerca sui materiali quantistici, ha dichiarato:"Ci sono voluti diversi anni di duro lavoro ed esperimenti per raggiungere questo punto nella nostra comprensione di TbInO 3 ."
"Quando si studiano intricati stati quantistici della materia come il liquido di spin quantistico, l'esecuzione di un esperimento solleva spesso più domande di quante ne possa rispondere. Nel caso di TbInO 3 , però, la fisica è particolarmente ricca, e quindi eravamo particolarmente spinti a perseverare. Il nostro studio mostra che TbInO 3 è un affascinante materiale magnetico, e molto probabilmente avrà molte altre proprietà intriganti che dobbiamo ancora scoprire."
"Nessuno di questo lavoro sarebbe stato possibile senza la collaborazione dei nostri colleghi presso le strutture centrali leader a livello mondiale presso l'Oak Ridge National Laboratory e l'ISIS Facility presso il Rutherford Appleton Laboratory, dove è stata condotta gran parte dei nostri esperimenti. Entrambe queste strutture producono particelle – in particolare, neutroni e muoni - che possiamo usare per sondare la struttura atomica e le proprietà dei materiali per rivelare la natura di nuove fasi, come il liquido di spin quantistico."
Professor Bruce Gaulin, Direttore del Brockhouse Institute for Materials Research presso la McMaster University, disse:"Questo materiale appare ingannevolmente semplice, con giri di terbio che decorano un bidimensionale, architettura triangolare. Ma con il pieno complemento di moderne tecniche sperimentali a nostra disposizione, il magnetismo a bassa temperatura di questa struttura, basato su due ambienti terbio distinti, mostra uno stato quantistico disordinato della materia del tutto esotico, un risultato inaspettato ed eccitante."
La dott.ssa Lucy Clark ha aggiunto:"La chiave del successo del progetto è stata la forte e duratura collaborazione internazionale, compreso il gruppo guidato dal Prof Sang-Wook Cheong, Direttore del Centro per la sintesi di materiali quantistici presso la Rutgers University."
La carta, "Comportamento del liquido di spin bidimensionale nell'antiferromagnete triangolare a nido d'ape TbInO 3 " è pubblicato in Fisica della natura .
