Nový stav hmoty - potenciál pre rozvoj nových technológií

Myšlienku novej formy hmoty, ktorú nazval kvantovou spinovou kvapalinou (Quantum Spin Liquid, QSL), vytvoril ešte v roku 1973 americký fyzik a nositeľ Nobelovej ceny Phillip Waren Anderson. Takáto kvapalina sa má okrem iného vyznačovať tretím magnetickým stavom – popri feromagnetizme a antiferomagnetizme. Pritom nejde v pravom slova zmysle ani o kvapalinu.

Takzvaná kvantová spinová kvapalina je magnetický materiál, ktorý má za nízkych teplôt chaotickú orientáciu magnetických momentov, čím pripomína klasickú kvapalinu. Vedci sa celé desaťročia domnievali, že tento stav hmoty existuje, ale napriek vzrušujúcim náznakom o jeho existencii sa ho nepodarilo reálne pozorovať – až donedávna. Prejavy QSL prvýkrát zaznamenali vedci na neutrónovom zdroji ISIS vo V.Británii v roku 2011 pomocou muónovej spinovej spektroskopie.

Kvantová spinová kvapalina v dvojrozmerných štruktúrach však bola prvýkrát pozorovaná až v auguste 2015 vedeckým tímom z Oak Ridge National Laboratory, v spolupráci s fyzikmi z University of Cambridge a nemeckého Max Planck Institute. Ich výskum bol v týchto dňoch publikovaný v magazíne Nature Materials. Vyvolalo to veľkú odozvu a informáciu prevzalo mnoho ďalších médií, ktoré sa venujú technológiám. Tento článok napísal Juraj Procházka z partnerského Techboxu.

Elektróny sa v kvantovej spinovej kvapaline správajú inak ako elementárne častice, akoby sa rozbili na polovice, alebo  tretiny s polovičným (tretinovým) nábojom a vytvorili tak akési „bublinky“ v kvantovej kvapaline. Tento proces ilustruje video „Ako uviazať kvantový uzol“.

Takto „rozbité elektróny sa správajú ako Majoranovské fermióny, ale zrejme ide len o fiktívne častice (kvázičastice). Tretia forma magnetických látok so zaujímavými vlastnosťami môže priniesť pokrok pri vývoji nových typov pamätí, aj kvantových počítačov. Skúmanie kvantových spinových kvapalín však môže prispieť aj k výskumu vysokoteplotnej supravodivosti.

Pokiaľ pochopíme mechanizmy, ktoré sprevádzajú supravodivosť pri (relatívne) vysokých teplotách, môže to pomôcť pri vyhľadávaní nových materiálov pre supravodiče. Ale to sme už preskočili zo základného k aplikovanému výskumu.