Эти распространенные в большом количестве материалы, иногда даже связанные с отходами, не часто считаются интересными с точки зрения электроники или магнетизма. Но международная исследовательская группа во главе с профессором Космасом Прасидесом из Университета Тохоку в Японии и профессором Мэтью Дж. Россейнски из Ливерпульского университета в Великобритании сделала важную находку.Команда недавно обнаружила, как взять такие углеводородные молекулярные компоненты, снабдить их электронами, каждый из которых имеет небольшой компас — непарный спин — и упаковать их вместе, как печенье в коробку, чтобы создать квантовую спиновую жидкость — длинную -искаженное гипотетическое состояние материи.
В 1973 году было впервые теоретически предложено существование квантовых спиновых жидкостей. В обычных магнитах движение электронных спинов — крошечных магнитов — замирает при охлаждении, когда они выравниваются параллельно или антипараллельно друг другу. Напротив, спины в квантовой спиновой жидкости никогда не перестают колебаться случайным образом и сильно даже при самой низкой температуре, равной абсолютному нулю.
Каждое отдельное вращение указывает одновременно в бесконечном количестве направлений и сильно запутано с другими вращениями, даже теми, которые находятся далеко. Таким образом, это море электронных спинов, по прогнозам, станет источником многих экзотических явлений, представляющих как фундаментальный, так и технологический интерес.Однако экспериментальная реализация этого уникального полностью запутанного состояния материи до сих пор остается невыполненной.
Несмотря на поиск, который длился четыре десятилетия, кандидатов в квантовую спиновую жидкость очень мало. Текущие варианты включают определенные неорганические минералы меди и некоторые органические соли, которые содержат редкие, тяжелые или токсичные элементы.В результатах, опубликованных 24 апреля в двух последовательных статьях в британском научном журнале Nature Chemistry, команда впервые предложила новую химию, необходимую для получения кристаллических материалов высокой чистоты из реакции полиароматических углеводородов со щелочными металлами. время.Материалы, полученные из полиароматических углеводородов (молекул с множеством ароматических колец), были предложены в прошлом как кандидаты в новые сверхпроводники — материалы без электрического сопротивления и способные переносить электричество без потери энергии — лишенные токсичных или редких элементов.
Однако разрушение молекулярных компонентов в применяемых синтетических обработках препятствовало любому прогрессу в этой области.«Устранение существующего синтетического преграды привело к очень интересным достижениям», — говорит профессор Космас Прасидес. «Мы уже обнаружили, что некоторые структуры новых материалов, полностью состоящие из углерода и водорода, в простейшей возможной комбинации, демонстрируют беспрецедентные магнитные свойства — поведение спиновой жидкости — с потенциальными применениями в сверхпроводимости и квантовых вычислениях».
«Нам потребовалось много лет работы, чтобы добиться нашего прорыва», — добавляет профессор Мэтью Россейнски. «Но, в конце концов, нам удалось разработать не один, а два дополнительных пути химии, которые открывают путь к большому разнообразию новых материалов с еще неизвестными свойствами».