Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikům se podařilo pořídit dosud nejpodrobnější snímek/popis kvantové spinové kapaliny a toho, jak v tomto stavu hmoty dochází k rozpadu elektronů na dvě (kvazi)částice: spinony nesoucí spin a chargony s elektrickým nábojem.
„Jiné studie zaznamenaly různé stopy tohoto jevu, ale my máme skutečný obraz stavu, ve kterém spinon existuje,“ uvádí hlavní autor studie Mike Crommie z Lawrence Berkeley National Laboratory a profesor fyziky na Kalifornské univerzitě.
V kvantové spinové kapalině se spinony volně pohybují. Kromě spinu nesou i energii, takže jejich detekce většinou znamená cca to, že se podaří zaznamenat teplo uvolňované při srážkách. Nyní se naproti tomu údajně mělo zachytit přímé rozložení spinonů v materiálu.
Nový výzkum se zaměřil na vrstvu selenidu tantaličitého TaSe2 tlustou pouhé 3 atomy. TaSe2 patří mezi dichalkogenidy přechodných kovů, což jsou materiály oblíbené v elektronice a speciálně při výzkumu 2D vrstev. Tenké vrstvy TaSe2 byly připraveny epitaxí z molekulárních svazků a poté charakterizovány pomocí úhlově rozlišené fotoemisní spektroskopie, Pomocí rastrovací tunelové mikroskopie pak vědci do vrstvy z kovové jehly vstříkli elektrony.
Snímky získané skenovací tunelovou spektroskopií (zobrazovací technikou, která měří, jak se částice uspořádávají při určité energii) pak ukázaly vrstvu záhadných vln o vlnové délce větší než jeden nanometr, která pokrývala povrch materiálu. Po vyloučení řady dalších možných vysvětlení se ukázalo, že právě toto je signatura spinonů. Elektrony z jehly mikroskopu se ve spinové kvantové kapalině rozpadly na spinony a chargony. Chargony zamrzly na místě a vytvořily vlny hustoty náboje v podobě šesticípých hvězd, naopak spinony se volně pohybovaly materiálem (v průvodní tiskové zprávě se spinony dokonce přirovnávají k duchům).
Výsledky výzkumu by podle jeho autorů mohl usnadnit vývoj superrychlých kvantových počítačů a energeticky účinných supravodičů. V kvantových spinových kapalinách by mohly vznikat exotické formy supravodivosti.
Ruan, W., Chen, Y., Tang, S. et al. Evidence for quantum spin liquid behaviour in single-layer 1T-TaSe2 from scanning tunnelling microscopy. Nat. Phys. (2021). doi.org/10.1038/s41567-021-01321-0 , www.nature.com/articles/s41567-021-01321-0
Zdroj: Lawrence Berkeley National Laboratory / Phys.org
