Les liquides de spin quantique sont candidats à une utilisation potentielle dans les futures technologies de l'information. Jusque là, les liquides de spin quantique n'ont généralement été trouvés que dans des systèmes magnétiques à une ou deux dimensions. Maintenant, une équipe internationale dirigée par des scientifiques du HZB a étudié les cristaux de PbCuTe 2 O 6 avec des expériences neutroniques à ISIS, NIST et ILL.

Ils ont trouvé le comportement du liquide de spin en 3-D, en raison d'un réseau dit hyper-hyperkagome. Les données expérimentales correspondent extrêmement bien aux simulations théoriques également effectuées à HZB.

Les dispositifs informatiques d'aujourd'hui sont basés sur des processus électroniques dans les semi-conducteurs. La prochaine véritable percée pourrait être d'exploiter d'autres phénomènes quantiques, par exemple les interactions entre de minuscules moments magnétiques dans le matériau, les soi-disant tours. Les matériaux liquides dits à spin quantique pourraient être des candidats pour ces nouvelles technologies. Ils diffèrent significativement des matériaux magnétiques conventionnels car les fluctuations quantiques dominent les interactions magnétiques :En raison de contraintes géométriques dans le réseau cristallin, les spins ne peuvent pas tous "geler" ensemble dans un état fondamental - ils sont obligés de fluctuer, même à des températures proches du zéro absolu.

Les liquides de spin quantique :un phénomène rare

Les liquides de spin quantique sont rares et ont jusqu'à présent été trouvés principalement dans des systèmes magnétiques bidimensionnels. Les liquides de spin isotropes tridimensionnels sont principalement recherchés dans les matériaux où les ions magnétiques forment des réseaux de pyrochlore ou d'hyperkagome. Une équipe internationale dirigée par le physicien du HZB, le professeur Bella Lake, a maintenant étudié des échantillons de PbCuTe 2 O 6 , qui a un réseau tridimensionnel appelé réseau hyper-hyperkagome.

Interactions magnétiques simulées

Le physicien du HZB, le professeur Johannes Reuther, a calculé le comportement d'un tel réseau hyper-hyperkagome tridimensionnel avec quatre interactions magnétiques et a montré que le système présente un comportement liquide de spin quantique avec un spectre d'énergie magnétique spécifique.

Des expériences sur des sources de neutrons découvrent un liquide de spin quantique en 3D

Avec des expériences neutroniques à ISIS, ROYAUME-UNI, MALADE, France et NIST, USA, l'équipe a pu prouver les signaux très subtils de ce comportement prédit. « Nous avons été surpris de voir à quel point nos données s'intègrent bien dans les calculs. Cela nous donne l'espoir que nous pouvons vraiment comprendre ce qui se passe dans ces systèmes, " explique le premier auteur Dr. Shravani Chillal, HZB.