Slovenski znanstveniki potrdili več kot 70 let staro napoved
Ljubljana, 5. januarja - Skupina fizikov z Instituta Jožef Stefan je potrdila stanje spinske tekočine celo pri temperaturi absolutne ničle, kar je že leta 1950 kot prvi napovedal švicarski fizik Gregory Hugh Wannier, a je želja po eksperimentalni potrditvi ostala neizpolnjena vse do danes. Dosežek je bil objavljen v prestižni reviji Nature Materials.
Spinske tekočine so posebno magnetno stanje snovi. So magnetni analog tekočega agregatnega stanja, saj so v njih magnetni momenti (spini) neurejeni, a hkrati že močno korelirani. V kristalih, kjer sama geometrija kristalne mreže ni naklonjena magnetnemu urejanju, je lahko stanje spinske tekočine prisotno celo pri temperaturi absolutne ničle. To je prvi napovedal G. H. Wannier že leta 1950, zdaj pa so slovenski znanstveniki to potrdili.
V projektu so sodelovali fiziki z Inštituta Jožef Stefan Tina Arh, Matej Pregelj in Andrej Zorko skupaj s sodelavci z Inštituta za matematiko, fiziko in mehaniko ter raziskovalnih institucij iz Indije, Velike Britanije, Francije in ZDA. Za njihov preboj je bilo ključno preučevanje magnetno še neraziskane spojine s širokim naborom komplementarnih eksperimentalnih tehnik, so sporočili z Instituta Jožef Stefan.
Zorko je za STA pojasnil, da so preučevali magnetne lastnosti nekega kristala, in sicer neodimovega heptatantalata. Z magnetnega stališča je mogoče potegniti analogijo z agregatnimi stanji, je ponazoril - in sicer se lahko magnetne iglice oz. spini pri dovolj nizkih temperaturah tipično uredijo, kot velja za gradnike pri trdnem agregatnem stanju snovi, medtem ko bodo pri visokih temperaturah kazale vsaka v svojo smer, kot velja za plinsko agregatno stanje snovi.
Spinske tekočine se nahajajo nekje vmes. So magnetni analog tekočega agregatnega stanja, saj so v njih spini na večjih razdaljah neurejeni, lokalno pa korelacija obstaja. Te lokalne korelacije potem dajo posebne magnetne lastnosti tem snovem, ki jih pravimo spinske tekočine, je dejal Zorko.
Raziskavo so izvedli na inštitutih v Veliki Britaniji, Franciji in ZDA. S kombinacijo nevtronskega sipanja, mionske spektroskopije in elektronske spinske resonance so uspeli pokazati, da je v kristalih neodimovega heptatantalata osnovno magnetno stanje neurejeno celo pri najnižjih eksperimentalno dosegljivih temperaturah, to je minus 273,11 stopinje Celzija.
Zorko je kot primer ponovno navedel agregatna stanja snovi: "Da se spini v spinski tekočini niti pri absolutni ničli ne uredijo v isto smer, je podobno, kot da se voda pri ohlajanju nikoli ne bi spremenila v kristal oz. trdno snov."
Poleg znanstvenega vidika je odkritje potencialno pomembno v luči sodobnih kvantnih tehnologij. Spinske tekočine namreč veljajo za eno najbolj perspektivnih platform v kvantnem računalništvu. Njihove lastnosti je denimo mogoče uporabiti za shranjevanje informacij v kvantnem računalništvu, saj so shranjene bolj odporno, je še pojasnil Zorko.