Slovenski raziskovalci z odkritjem za razvoj kvantnih tehnologij

Raziskovalci Instituta Jožef Stefan (IJS) ter Fakultete za matematiko in fiziko (FMF) Univerze v Ljubljani so prišli do odkritja, s katerim so razrešili skrivnost magnetnega stanja v pomembnem modelskem sistemu, ki je begala raziskovalce že več kot 40 let. Odkritje prinaša nove možnosti za razvoj kvantnih tehnologij.

Sodelavci treh odsekov IJS in FMF so odkrili visokotemperaturno kvantno spinsko tekočino v plastovitem kristalu TaS2. Z odkritjem, ki je bilo objavljeno v prestižni reviji Nature Physics, so slovenski znanstveniki razrešili 40 let star problem magnetizma v kristalu TaS2 in ga povezali s stanjem spinske tekočine.

Kot je pojasnil vodja raziskav Denis Arčon z odseka za fiziko trdne snovi IJS, spinska tekočina prinaša povsem novo stanje snovi in zato lahko o možnostih uporabe trenutno le ugibamo. Ena od možnosti, ki se pogosto omenja tudi v literaturi, je uporaba v kvantnem računalništvu.

Spinsko tekočino so do zdaj dokazali le v zelo redkih primerih, večinoma v obdobju zadnjih 10 let, zato je razumljivo, da znanstveniki eksperimentalno o tem stanju še ne vedo dosti, je dejal Arčon. Njihovo odkritje bo pomagalo poiskati odgovore na nekatera osnovna vprašanja o tem stanju.

V večini primerov so magnetni momenti pri dovolj visokih temperaturah povsem neurejeni, kar lahko v grobem primerjamo s plinastim agregatnim stanjem. Če tak magnetni sistem dovolj pohladimo, pa se magnetni momenti uredijo, podobno kot se uredijo atomi v kristalu.

Slovenski znanstveniki so ugotovili, da se elektronski magnetni momenti ne uredijo niti pri temperaturi -273.08 stopinj Celzija in da dejansko tvorijo novo stanje visokotemperaturne kvantne spinske tekočine. Poleg tega so znanstveniki ugotovili, da v TaS2 stanje spinske tekočine vztraja do presenetljivo visokih temperatur (pod -93 stopinj Celzija).

Po besedah Arčona pri tako visokih temperaturah spinska tekočina ni vztrajala še pri nobenem drugem znanem sistemu. "Kvantno stanje je torej dosegljivo pri temperaturah, ki jih dokaj enostavno dosežemo v laboratoriju. Poleg tega pa je dostopnost do tega stanja pri takih temperaturah pomembna za potencialno uporabo, saj bo samo vzdrževanje takega stanja bistveno manj zahtevno," je še pojasnil Arčon.

Prvi je spinsko tekočino napovedal Nobelov nagrajenec P. W. Anderson že pred več kot 40 leti, ko je raziskoval nenavadne magnetne lastnosti plastovitih kristalov TaS2.

Magnetna stanja, ki bi bila analogna tekočemu agregatnemu stanju, so bila sicer teoretično napovedana, a doslej v naravi izredno redko opažena pri ekstremno nizkih temperaturah.

Med avtorji raziskave so slovenski raziskovalci Martin Klanjšek, Andrej Zorko, Rok Žitko, Jernej Mravlje, Zvonko Jagličić, Peter Prelovšek, Dragan Mihailović in Denis Arčon.