国際研究チーム - ヘルムホルツツェントラムドレスデンロッセンドルフ (HZDR) - この方法で記述できる量子状態を発見しました。 科学者たちは特殊な物質を絶対零度近くまで冷却することに成功しました。 彼らは、原子の中心的な特性である原子の配列が通常のように「凍結」せず、「液体」状態のままであることを発見しました。
中で 量子材料、電子は、電子同士、および結晶格子の原子の両方と、異常な強度で相互作用します。 この密接な関係は、微視的および巨視的レベルに影響を与える強力な量子効果を生み出します。 これらの現象は、量子材料に並外れた品質を与えます。 たとえば、低温では損失なく電気を運ぶことができます。 多くの場合、温度、圧力、電圧のわずかな変化でさえ、材料の挙動を大きく変えるのに十分です。
HZDR のドレスデン高磁場磁気研究所 (HLD) の Jochen Wosnitza 教授は次のように述べています。 「原理的には、磁石も量子材料とみなすことができます。 結局のところ、磁気は物質内の電子の固有スピンに基づいています。 ある意味、これらのスピンは液体のように動作する可能性があります。」
「気温が下がると、水が凍って氷になるのと同じように、これらの無秩序なスピンが凍結する可能性があります。」
「たとえば、ある種の マグネット、いわゆる強磁性体は、その「凍結」点、より正確には秩序点を超えると非磁性になります。 それを下回った場合にのみ、永久磁石になることができます。」
この研究で科学者たちは、極低温でも固化しない液体と同様に、極低温でもスピンに関連する原子の配列が整わない量子状態を発見しようと努めた。
この状態に到達するために、研究チームはプラセオジム、ジルコニウム、酸素の混合物というユニークな物質を使用しました。 彼らは、この材料の結晶格子の特性により、電子スピンが原子の周りの軌道と独自に相互作用できると信じていました。
東京大学の中辻悟教授はこう語る。 「しかし、前提条件は、極めて純度が高く、品質の高い結晶を得ることでした。 何度か試みましたが、最終的にチームは実験に十分純粋な結晶を生成することができました。スーパー魔法瓶の一種であるクライオスタットの中で、専門家はサンプルを徐々に 20 ミリケルビン (わずか XNUMX 分の XNUMX 度) まで冷却しました。絶対零度より上。 この冷却プロセスと内部でサンプルがどのように反応したかを確認するには、 磁場、長さがどのくらい変化するかを測定しました。 別の実験で、研究グループは、結晶に直接送られる超音波に対して結晶がどのように反応するかを記録した。」
HLD の超音波調査の専門家であるセルゲイ・ジェルリツィン博士は次のように説明しています。 「もしスピンが命令されていたら、長さの突然の変化など、結晶の挙動に突然の変化が生じたはずです。 しかし、私たちが観察したように、何も起こりませんでした。 長さや反応に対する突然の変化はありませんでした。 超音波に設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」
「スピンと軌道の顕著な相互作用により秩序が妨げられ、原子が液体の量子状態に留まったのはそのためでした。このような量子状態が初めて観察されたのです。」 磁場におけるさらなる調査により、この仮定が裏付けられました。」
ヨッヘン・ヴォスニッツァ 推測, 「この基礎的な研究結果は、いつか実用的な意味を持つ可能性もあります。ある時点で、新しい量子状態を利用して感受性の高い量子センサーを開発できるかもしれません。 ただし、これを行うには、この状態で励起を体系的に生成する方法を理解する必要があります。 量子センシングは将来有望な技術と考えられています。 量子センサーは量子の性質により外部刺激に非常に敏感であるため、従来のセンサーよりもはるかに高い精度で磁場や温度を記録できます。」
ジャーナルリファレンス：
- Tang, N.、Gritsenko, Y.、Kimura, K. 他パイロクロア格子上のスピン軌道液体状態と液体気体メタ磁性転移。 ナット。 ファイs. （2022年）。 土井： 10.1038/s41567-022-01816-4
