Рассеяние нейтронов и термодинамические доказательства возникновения фотонов и фракционирования в пирохлоровом спиновом льду
Международная группа ученых под руководством Пэнчэна Дая из Университета Райса подтвердила существование возникающих фотонов и фракционированных спиновых возбуждений в редкой квантовой спиновой жидкости. Работа опубликована в Nature Physics 19 июня. Выводы исследования идентифицируют кристаллическое соединение церий-цирконий-оксид (Ce₂Zr₂O₇) как четкую трехмерную реализацию этого экзотического состояния вещества — Ce₂Zr₂O₇ ведет себя как настоящий квантовый спиновый лед, особый класс квантовых спиновых жидкостей в трех измерениях.
Рис. Резюме кристаллической структуры, зоны Бриллюэна, фазовой диаграммы, ожидаемых экспериментальных сигнатур и возбуждений Ce₂Zr₂O₇. Кредит: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02922-9
Для выделения и идентификации характерных признаков поведения квантовой спиновой жидкости в эксперименте использовались самые современные методы рассеяния поляризованных нейтронов. Это позволило, даже в пределе нулевой температуры, отделить магнитное рассеяние от всех других сигналов.
Измерения позволили обнаружить возникающие фотонные сигналы вблизи нулевой энергии — ключевая особенность, отличающая квантовый спиновый лед от других обычных фаз в обычных магнитах. Дополнительные измерения удельной теплоемкости соединения дали основания предполагать, что предсказанные возникающие фотоны имеют дисперсию, похожую на то, как звук распространяется в твердом теле.
Примечательно, что возникающие фотоны и спиноны — отличительные признаки квантового спинового льда — были обнаружены в 3D-кандидатном материале.
