Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США открыли новую фазу вещества, названную «наполовину лед, наполовину огонь». Она представляет собой уникальную комбинацию упорядоченных («холодных») и неупорядоченных («горячих») спинов электронов в одномерной модели ферримагнетика. Это состояние способно к резкому фазовому переходу при конечной температуре, что может найти применение в энергетике и информационных технологиях.
Открытие описано в журнале Physical Review Letters (31 декабря 2024 года). Физики Вэйго Инь и Алексей Цвелик подчеркивают, что понимание и контроль таких фазовых переходов — ключ к развитию квантовых вычислений и спинтроники.
Новая фаза является «близнецом» состояния «наполовину огонь, наполовину лед», открытого ранее. Оба состояния связаны с исследованиями магнитного соединения Sr3CuIrO6, начатыми в 2012 году. В 2016 году ученые обнаружили, что в состоянии «наполовину огонь, наполовину лед» спины меди неупорядочены, а иридия — упорядочены. Теперь они выявили обратное состояние, где спины меняются местами.
Переключение между фазами происходит в ультраузком температурном диапазоне, что может быть полезно для холодильных технологий или квантового хранения информации. Ученые планируют изучить это явление в системах с квантовыми спинами и дополнительными степенями свободы, открывая новые возможности для исследований.
На этом изображении показана графическая интерпретация состояний «наполовину лед, наполовину огонь» и «наполовину огонь, наполовину лед» (слева). На графике (справа) показано изменение магнитной энтропии в плоскости магнитного поля (h) в зависимости от температуры (T). Черная точка при нулевой температуре указывает на то, где проявляется полуогненное, полуледяное состояние. Пунктирная линия указывает, где скрывается состояние наполовину льда, наполовину огня. Изображение: Брукхейвенская национальная лаборатория.
Дополнительная информация: Weiguo Yin et al, Phase Switch Driven by the Hidden Half-Ice, Half-Fire State in a Ferrimagnet, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.266701. On arXiv: arxiv.org/html/2401.00948v2
Источник: ‘Half ice, half fire’: Physicists discover new phase of matter in a magnetic material