Slovenski znanstveniki razrešili več kot 40-letno skrivnost

Sodelavci Instituta »Jožef Stefan« in Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani so odkrili visokotemperaturno kvantno spinsko tekočino v plastovitem kristalu TaS₂, s čimer so razrešili skrivnost magnetnega stanja v tem pomembnem modelskem sistemu, ki je begala raziskovalce že več kot 40 let. Dosežek je bil objavljen tudi v prestižni reviji Nature Physics.

Martin Klanjšek, Andrej Zorko, Rok Žitko, Jernej Mravlje, Zvonko Jagličić, Peter Prelovšek, Dragan Mihailovič in Denis Arčon so ugotovili, da elektronski magnetni momenti tvorijo novo visokotemperaturno stanje spinske tekočine. V večini primerov so magnetni momenti pri dovolj visokih temperaturah povsem neurejeni (govorimo o t.i. paramagnetih), kar lahko v grobem primerjamo s plinastim agregatnim stanjem. Če tak magnetni sistem dovolj ohladimo, se magnetni momenti uredijo – na primer v antiferomagnetno ureditev – podobno kot se uredijo atomi v kristalu. Magnetna stanja, ki bi bila analogna tekočemu agregatnemu stanju, so bila sicer teoretično napovedana, a doslej v naravi izredno redko opažena pri ekstremno nizkih temperaturah.

Prvi je spinsko tekočino napovedal Nobelov nagrajenec P. W. Anderson že pred več kot 40 leti, ko je raziskoval nenavadne magnetne lastnosti plastovitih kristalov TaS₂. Skupina slovenskih fizikov na Institutu Jožef Stefan in na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani je odkrila, da se elektronski magnetni momenti, ki so lokalizirani na Ta zvezdah, ne uredijo niti pri temperaturi -273.08 ^oC in da dejansko tvorijo novo stanje visokotemperaturne kvantne spinske tekočine. Pri tem stanju je še posebej zanimivo to, da pri presenetljivo visokih temperaturah (pod -93 ^oC) kaže kvantno prepletenost na daljavo. Z drugimi besedami gre za makroskopsko kvantno stanje, podobno kot superprevodnost. To odkritje odpira povsem nove priložnosti za razumevanje tega enigmatičnega magnetnega stanja in za razvoj novih kvantnih tehnologij.