Два танцора на одной сцене: один тянет в одну сторону, другой — в противоположную. В кристалле Cu2(OH)3Br атомы меди выстраиваются в цепочки, и их магнитные моменты (спины) могут выстраиваться по-разному: где-то параллельно, где-то антипараллельно. Это как если бы в одном танце сочетались движения в унисон и в противофазе. Учёные хотели понять, как внешнее магнитное поле перестраивает этот танец.
Учёные прикладывали магнитное поле до 31 тесла (это в миллион раз сильнее поля Земли) и смотрели, как кристалл поглощает терагерцовое излучение. Когда поле направляли поперёк цепочек, при 5.4 тесла происходил резкий разворот спинов: одни моды исчезали, появлялись другие. Когда поле направляли вдоль цепочек, резкого разворота не было, но при 16.3 тесла одна подсистема полностью замерла, и осталась только одна широкая мода.
Так стало понятно: раньше не знали, как сосуществующие магноны и спиноны обмениваются энергией при изменении поля. Теперь видно, что поле действует как дирижёр: оно либо резко меняет танец, либо плавно отстраняет одного из танцоров. Это чистое знание, применений пока нет, но оно помогает понять, как устроены квантовые магниты.
Кристалл Cu2(OH)3Br известен как боталлакит и впервые описан в 1948 году. Его структура напоминает лестницу из медных ионов, где ферромагнитные и антиферромагнитные «ступени» чередуются.