Datos de dispersión de neutrones inelásticos del instrumento Pelican a 1,5 K (a) y 4,0 K (b). La brecha de giro es evidente (banda azul inferior) a 1,5 K (a). Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
Las técnicas nucleares en ANSTO han ayudado a confirmar un fenómeno de espín cuántico, una fase de Haldane, en un material magnético, que tiene potencial para ser utilizado como modelo de medición para la computación cuántica.
Aunque ha habido evidencia experimental de la fase Haldane en otros tipos de materiales antiferromagnéticos unidimensionales, se cree que es la primera evidencia en un material basado en grupos.
"El espectro de neutrones de Pelican proporcionó los mismos datos que confirmaron la existencia del estado de Haldane en la fedotovita tal como lo propusieron nuestras otras mediciones y estudios teóricos. Los datos de neutrones mostraron tanto la brecha de espín como la dispersión, que son características del estado de Haldane, ", dijo el autor principal, A / Prof Masayoshi Fujihara, de la Universidad de Ciencias de Tokio.
En un artículo publicado en Cartas de revisión física como una "sugerencia de los editores", una gran colaboración de investigadores, dirigido por físicos de Japón, Los científicos de instrumentos ANSTO Drs Richard Mole, Dehong Yu y Shinichiro Yano del Centro Nacional de Investigación de Radiación Sincrotrón en Taiwán (que opera el instrumento taiwanés Sika en ANSTO), compartió evidencia experimental de la fase Haldane en fedotovita.
El marco para este estado inusual de la materia fue predicho por el profesor Duncan Haldane, quien compartió el Premio Nobel de Física por el desarrollo de las 'fases topológicas de la teoría de la materia' con David Thouless y Michael Kosterlitz en 2016.
Sistemas de espín cuasi unidimensionales, como la fedotovita K 2 Cu 3 O (TAN 4 ) 3 , tienen un comportamiento magnético inusual a muy baja temperatura, en el que el estado fundamental es una cadena unidimensional en una configuración de triplete con S =1 giro.
El S =1 ocurre porque hay un número par de S =1/2 en los iones magnéticos Cu2 + en los extremos de la cadena de espín, como predijo Haldane.
"Las cadenas cuasi unidimensionales, como la fedotovita, no tienen un solo espín, sino un grupo de espines que forman un grupo. Un grupo de átomos interactúa débilmente con el grupo vecino de átomos, "dijo Mole.
Estructura cristalina de K 2 Cu 3 O (TAN 4 ) 3 . Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
El acoplamiento magnético se produce debido a las interacciones de superintercambio entre los grupos de espines y el pequeño acoplamiento antiferromagnético dentro del grupo.
"Ese comportamiento con brechas es observable en el espectro Pelican, que es muy sensible a interacciones magnéticas débiles, "dijo Mole.
La fedotovita tiene una disposición única de iones magnéticos y un comportamiento magnético de dos etapas.
La dispersión inelástica de neutrones en el espectrómetro de tiempo de vuelo Pelican capturó la brecha de giro a 1,5 K con una magnitud de 0,6. meV que cierra en 4.0 K. Las mediciones estaban de acuerdo con las predicciones teóricas.
"Estamos hablando de cantidades muy pequeñas de energía, pero la brecha es real, "dijo Yu.
"El estado de Haldane emergerá siempre que el número de tetraédricos en la cadena del cúmulo de espines sea par, pero no impar, como predijeron nuestros cálculos teóricos en este artículo, "dijo Yano.
La estructura cristalina del mineral fedotovita fue determinada originalmente por científicos rusos en la década de 1990, sin embargo, el trabajo actual utilizó un método sintético desarrollado recientemente en el laboratorio de Fujiahala en la Universidad de Ciencias de Tokio.
Permitió que se hicieran grandes cantidades de muestra de alta pureza que era esencial para los experimentos de dispersión de neutrones.
La estructura cristalina se determinó mediante difracción de rayos X en la Fábrica de Fotones, High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) en Japón.
