Projekti / Programi
Nova eksperimentalna metoda določitve kvantnih spinskih tekočin
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
kvantni materiali, spinske tekočine, geometriska frustracija, spinka mreža kagome, Kondov pojav
Raziskovalci (8)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0106 |
Institut "Jožef Stefan" |
Ljubljana |
5051606000 |
91.479 |
Povzetek
Ozadje in utemeljitev: Kvantne spinske tekočine (QSL) predstavljajo intrigantno stanje snovi, pri čemer odločilno vlogo igra kvantna prepreletnost. Ta stanja, ki jih omogoča geometrijska frustracija, ostanejo magnetno neurejena tudi pri ničelni temperaturah. Odlikujejo jih nekonvencionalne magnetne vzbuditve, znane kot spinoni, ki se obnašajo kot kvazidelci s kompleksnimi interakcijami in statistiko, zaradi česar so stanja QSL potencialno uporabna za kvantno računanje. Številna stanja QSL, ki se med seboj razlikujejo po spinonski disperziji, je mogoče stabilizirati z različnimi perturbacijami na Heisenbergovo izmenjalno interakcijo med najbližjimi sosedi. Relevantne perturbacije vključujejo strukturni nered, interakcije z drugimi sosedi in magnetno anizotropijo. Vendar pa so ta stanja zaradi njihove zapletenosti in težkega eksperimentalnega določanja slabo razumljena. Cilji: Glavni cilj predlaganega projekta je zagotoviti prvo eksperimentalno metodo za mikroskopsko določitev stanj QSL, ki bo omogočial jasno razlikovanje med različnimi možnimi stanji. Predlagamo novo metodo, ki uporablja nečistoče kot in-situ sonde gostiteljskega stanja QSL, pristop, ki je dobro uveljavljen v superprevodnikih. Izkoristili bomo spinonski Kondov pojav, ki smo ga nedavno odkrili in ga lahko učinkovito zaznamo z metodo mionske spinske rotacije (mSR). Poudarek bo na kvantnem antiferomagnetnem modelu kagome (KAFM), ki je obetavna platforma stanj QSL. Teoretično soglasje o stanju QSL v tem modelu je že bilo doseženo, vendar njegova resnična narava ostaja neznana. Teoretično so predlagana tako stanja brez kot z energijsko vrzeljo do najnižje vzbuditve, ki pa jih eksperiment nikoli ni dokončno potrdil. Specifični cilj naše študije je ugotoviti, kako različne perturbacije vplivajo na izbiro osnovnega stanja QSL treh najobetavnejših materialov KAFM z na videz bistveno drugačnimi spinonskimi lastnostmi. Metode, ki jih je treba uporabiti: Za dosego ciljev projekta so bistvena različna komplementarna strokovna znanja iz eksperimentalne in teoretične fizike in kemije. Naš tim zato sestavljajo strokovnjaki za občutljive magnetne tehnike lokalnih sond, najsodobnejše numerične izračune in napredne sintezne načine. Vodja projekta ima veliko izkušenj na področju frustriranega magnetizma. Od leta 2008 je objavil več znanstvenih člankov v najuglednejših revijah (4 Nat. Phys., 2 Nat. Commun., 10 PRL), od katerih je pri večini (1 Nat. Phys., 1 Nat. Commun., 7 PRL) odgovorni avtor. Te izkušnje bodo predstavljale temelj za načrtovane dejavnosti, ki vključujejo mSR, jedrsko magnetno resonanco (NMR) in elektronsko spinsko resonanco (ESR), numerične izračune na osnovi renormalizacijske grupe, Lanczosove metode pri končni temperaturi in teorije gostotnih funkcionalov ter hidrotermalne sinteze vzorcev. Ti bodo izvedeni na Inštitutu Jožef Stefan (IJS), razen bolj specifičnih eksperimentov, kot so mSR in eksperimenti v ekstremnih pogojih (NMR in ESR pri visokih poljih in nizkih temperaturah), ki se bodo izvajali v specializiranih partnerskih laboratorijih na Institutu Paul Scherrer, Univerzi Paris-Sud 11 in National High Magnetic Field Laboratoriju. Pričakovani rezultati in vpliv na terenu: Naša sistematična študija bo presegla nerešeno vprašanje zanesljive določitve stanj QSL z novim pristopom, ki temelji na lokalnih sondah. Poleg tega bomo obravnavali nekatera najbolj temeljna vprašanja v zvezi z različnimi perturbacijami, ki so prisotne v predstavnikih KAFM. Naš projekt bo tako zagotovil temelje za razumevanje enigmatičnih stanj QSL. Razvita metodologija bo omogočila karakterizacijo QSL, ki presegajo model KAFM. Znanje o QSL lahko pomaga tudi pri razlagi drugih intrigantnih kvantnih pojavov, kot je visokotemperaturna superprevodnost. Poleg tega bi bilo razumevanje stabilnosti stanj QSL in načinov njihovege manipulacije lahko zelo pomembno za razvoj novih kvantnih tehnologij.
