Un estado esquivo de la materia (líquido de espín cuántico) en realidad puede ser mejorado en lugar de suprimido por el desorden como se ve en un compuesto que contiene praseodimio, circonio, y oxígeno (Pr2Zr2O7). En este material, los iones de praseodimio con momentos magnéticos (flechas verdes en la imagen de la derecha) ocupan una red de tetraedros que comparten esquinas. La firma de un líquido de espín cuántico es la persistencia de una intensidad de dispersión de neutrones inelástica para w> 0 (izquierda) cerca del cero absoluto (temperatura). La variación en la intensidad con el aumento del campo magnético (de abajo hacia arriba) indica que un desorden débil puede prevenir la congelación del espín y promover un estado líquido de espín cuántico. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Generalmente se piensa que el desorden es perjudicial para la creación de materiales con magnetismo inusual u otros fenómenos cuánticos. Sin embargo, un equipo descubrió que el desorden débil estabiliza sorprendentemente un estado cuántico raro llamado líquido de espín cuántico. En este estado, las fluctuaciones de los giros electrónicos persisten hasta alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto. El material particular está hecho de praseodimio, circonio, y oxígeno (Pr2Zr2O7). El material contiene iones de tierras raras (Pr3 +) con un número par de electrones en una red cristalina débilmente desordenada. Mientras que la red cristalina frustra el magnetismo convencional, el desorden débil promueve el raro estado líquido de espín cuántico.
El descubrimiento de que el desorden débil puede inducir este estado raro abre una nueva dirección en la búsqueda de un líquido de espín cuántico práctico. Este estado de la materia podría ser útil como bloques de construcción para computadoras cuánticas. Estas computadoras podrían ser órdenes de magnitud más rápidas que las computadoras actuales. Esta velocidad se traduce en poder computacional para resolver problemas que no se pueden resolver de manera factible en la actualidad.
Un estado raro de la materia llamado líquido de espín cuántico propuesto hace más de 40 años se está buscando por sus propiedades físicas únicas. En un líquido de espín cuántico, Los giros electrónicos no forman un patrón ordenado estático como en los materiales magnéticos convencionales, pero fluctúan de manera coordinada (entrelazada) incluso a temperaturas extremadamente bajas. Pero, ¿pueden existir tales estados fluctuantes cuánticos de la materia en materiales prácticos que están inevitablemente desordenados y se puede extraer información cuantitativa sobre ellos a partir de experimentos de dispersión de neutrones?
Para abordar estas cuestiones, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad Johns Hopkins estudió un óxido de pirocloro con la fórmula química Pr2Zr2O7. El magnetismo convencional se ve frustrado por la geometría de la red de pirocloro cuando los iones magnéticos ocupan una ubicación específica en la red cristalina y esto puede conducir a estados magnéticos exóticos. Combinando síntesis de estado sólido, crecimiento de monocristales de alta calidad, y dispersión de neutrones avanzada, Esta investigación reveló la presencia de un líquido de espín cuántico en Pr2Zr2O7.
Los datos de dispersión de neutrones inelásticos muestran la firma de este estado raro donde una banda de (inelástica, w> 0) la intensidad de la dispersión persiste a temperaturas cercanas al cero absoluto. Esta investigación apunta a un nuevo paradigma que, en los niveles adecuados, El desorden estructural débil puede en realidad promover la formación de un líquido de espín cuántico con espines electrónicos entrelazados. Esta capacidad para manipular e inducir el magnetismo cuántico a pesar del desorden podría allanar el camino para materiales nuevos y más prácticos con el elusivo líquido de espín cuántico para aplicaciones que incluyen la computación cuántica.
