Uitdagend om te maken
Kitaev-spinvloeistoffen (KSL's) zijn een subtype van QSL waarvan bekend is dat het bijzonder uitdagend is om in het laboratorium te maken. Dit komt omdat ze, volgens de theorie, een perfect (precies oplosbaar) tweedimensionaal honingraatvormig rooster nodig hebben om zich in te vormen. De spins in KSL's zijn ook gekoppeld via ongebruikelijke uitwisselingsinteracties. Dergelijke interacties zijn ook verantwoordelijk voor de magnetische eigenschappen van alledaagse materialen zoals ijzer, en ze vinden plaats tussen paren identieke deeltjes (zoals elektronen) – met als effect dat ze voorkomen dat de spins van naburige deeltjes in dezelfde richting wijzen. Er wordt dus gezegd dat KSL's lijden aan "exchange-coupling"-frustratie, in plaats van eenvoudige geometrische frustratie zoals bij gewone QSL's.
Een ander intrigerend kenmerk van KSL's is dat ze elementaire excitaties bevatten die bekend staan als niet-Abelse anyons en die een voorwaarde zijn voor fouttolerante topologische kwantumberekeningen. Dit type berekening maakt gebruik van kwantumbits (qubits) die zijn gedefinieerd in termen van fundamentele vormen die niet gemakkelijk kunnen worden vervormd. Deze topologisch beschermde qubits worden niet snel verstoord door hun omgeving, waardoor de informatie die ze bevatten langer intact (of ‘coherent’) blijft.
De familie van zeldzame aardmetalen chalcohaliden
Volgens Qingming Zhang en collega's zouden chalcohaliden van zeldzame aardmetalen goed tot hun recht kunnen komen bij het maken van KSL's. In hun nieuwe studie, gepubliceerd in Chinese natuurkundebrievenbestudeerde de groep zowel YbOCl-kristallen als polykristallen van SmSI, ErOF, HoOF en DyOF. Ze karakteriseerden de structuren met behulp van röntgendiffractie en maten ook hun magnetische susceptibiliteit, magnetisatie en warmtecapaciteit tot 1.8 K.
Kwantumspin-vloeistofkandidaat wordt onder druk een supergeleider
De onderzoekers ontdekten dat alle REChX-verbindingen die ze bestudeerden echt tweedimensionaal zijn, waarbij hun 2D-structuur in vorm wordt gehouden door zwakke van der Waals-krachten tussen de materiaallagen. Ze hebben ook een onvervormd honingraatspinrooster. Deze roosteropstelling, gecombineerd met het feit dat de 4f-elektronen in de magnetische ionen van zeldzame aardmetalen zijn gekoppeld via sterke spin-baan-interacties (de interacties tussen de intrinsieke spin van een elektron en het magnetische veld dat wordt geïnduceerd door de beweging van het elektron), zorgt voor de anisotrope uitwisselingskoppeling die nodig is om KSL's te vormen.
Volgens Zhang zal de ontdekking van deze nieuwe familie van KSL-kandidaten een substantiële impuls geven aan het onderzoek naar de QSL-fysica. Hij en zijn collega's zeggen dat ze nu grotere REChX-eenkristallen proberen te kweken waarin ze de spin-grondtoestand van deze materialen kunnen bestuderen, dat wil zeggen de toestand die coherent blijft op macroscopische lengteschalen. Daartoe overwegen ze ook om hun metingen uit te breiden tot millikelvin-temperaturen.
Bron: https://physicsworld.com/a/new-candidates-for-kitaev-spin-liquids-found/
