Магнитные качели: почему порядок не наступает экспресс
Магнитные атомы в твёрдом теле похожи на стрелки компасов: обычно при охлаждении они выстраиваются в одном направлении — так возникает магнетизм. Но в веществе TbInO3 стрелки тербия сидят на треугольной решётке, где невозможно угодить всем соседям сразу. Одна стрелка хочет смотреть на север, другая — на юг, и в итоге ни одна не может занять устойчивое положение.
Учёные вырастили тончайшую плёнку этого вещества и охладили её до 20 милликельвинов — это в сто раз холоднее, чем температура, при которой стрелки должны были бы выстроиться по простым оценкам. Даже при таком холоде порядок не наступил: стрелки продолжали колебаться, словно жидкость, не застывающая в лёд. Чтобы увидеть это, физики применили сверхпроводящие резонаторы — устройства, которые улавливают слабые магнитные сигналы от крошечных образцов, как чуткое ухо слышит шёпот в тихой комнате.
Такой результат — важный шаг к обнаружению квантовой спиновой жидкости. В этом состоянии магнитные стрелки не замирают даже при абсолютном нуле, а непрерывно флуктуируют, образуя запутанное коллективное состояние. Понимание таких материалов может помочь в создании новых квантовых технологий, где информация хранится в неуловимых коллективных движениях, а не в отдельных частицах.
Температура 20 милликельвинов — это 0,02 градуса выше абсолютного нуля. Это холоднее, чем в межзвёздном пространстве, где температура около 2,7 кельвина.