Paige Kelley, un investigador postdoctoral con un nombramiento conjunto en la Universidad de Tennessee y el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE), está utilizando neutrones para estudiar propiedades específicas de los cristales que podrían conducir a la realización de un líquido de espín cuántico, un estado novedoso de la materia que puede formar la base de las futuras tecnologías de computación cuántica.

"En un líquido de espín cuántico, los espines fluctúan continuamente debido a los efectos cuánticos y nunca entran en una disposición ordenada estática, a diferencia de los imanes convencionales, ", Dijo Kelley." Estos estados pueden albergar cuasipartículas exóticas que pueden ser detectadas por dispersión de neutrones inelásticos ".

Recientemente, ella y su equipo vieron evidencia de esas cuasipartículas en tricloruro de alfa-rutenio, cuando diluyeron la muestra con una pequeña cantidad de iridio. El iridio Kelley dice:suprime el orden magnético intrínseco de largo alcance en el tricloruro de rutenio puro, lo que permite estudiar el estado líquido de espín.

El equipo realizó mediciones de difracción de neutrones a baja temperatura utilizando el instrumento Difractómetro de cuatro círculos, línea de luz HB-3A, y el espectrómetro de triple eje de energía de incidente fijo (FIE-TAX), HB-1A, en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL (HFIR), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Utilizaron ambos instrumentos para estudiar la estructura cristalina, estado de base magnético, y tamaños de momento magnético en monocristales de tricloruro de rutenio sustituido con iridio.

"Preparé monocristales en los que una pequeña cantidad de rutenio fue reemplazada por iones de iridio no magnéticos y utilicé los instrumentos Four Circle y FIE-TAX para determinar cómo esto afectaba el orden magnético en el sistema, "Dijo Kelley.

Cuando se incorpora una pequeña cantidad de iridio, Ella explicó, encontraron que el inicio del estado ordenado magnéticamente ocurre a una temperatura más baja que en el tricloruro de rutenio puro, y el estado de baja temperatura muestra un tamaño de momento ordenado más pequeño. Ambas propiedades son indicadores de la fuerza de las interacciones magnéticas convencionales en el sistema.

"Al agregar iridio no magnético, estamos debilitando el orden de largo alcance que compite con el estado fundamental del líquido de espín cuántico en el cloruro de rutenio, ", dijo." La supresión del orden magnético es definitivamente un paso en la dirección correcta y abre la posibilidad de realizar un líquido de espín cuántico en este material con suficiente concentración de iridio ".

La dispersión de neutrones ha demostrado ser óptima para la investigación de Kelley y su equipo debido a la forma en que se comportan los neutrones dentro de los materiales magnéticos.

"Debido a que los neutrones tienen un giro, La dispersión de neutrones es mucho más sensible a los momentos magnéticos debido a electrones no apareados en una muestra que otras técnicas como la dispersión de rayos X, "Dijo Kelley.

Antes de venir a ORNL, Kelley estudió nanotecnología como investigadora de posgrado en la Universidad del Sur de Florida. Continúa haciendo nuevas contribuciones en la física de la materia condensada y en el creciente campo de los materiales cuánticos.

"Las excitaciones de las cuasipartículas en un líquido de espín cuántico podrían manipularse para construir bits o qubits cuánticos, la unidad básica de computación cuántica, ", Dijo Kelley." Esta investigación eventualmente podría conducir a grandes avances en ese campo ".