เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ของเหลวควอนตัมสปินถูกมองว่าเป็นเรื่องสมมุติโดยส่วนใหญ่ โดยมีตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริงที่คิดว่ามีอยู่ในระบบที่ไม่ธรรมดาเท่านั้น เช่น แม่เหล็กคล้ายลูกโซ่กึ่งหนึ่งมิติและวัสดุสองมิติจำนวนหนึ่งจำนวนหนึ่ง จากนั้นในปี 2019 นักวิจัยจาก Rice University ในสหรัฐอเมริกาและ McMaster University
ในแคนาดาพบหลักฐานการทดลองว่า
แม่เหล็กไพโรคลอร์ Ce 2 Zr 2 O 7อาจเป็นตัวอย่างที่เป็นที่ต้องการมานานของของเหลวหมุนควอนตัมสามมิติ (3D QSL) “การคาดเดาเชิงทดลอง” นี้ได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมจากนักฟิสิกส์จาก Rice และ Florida State University ในสหรัฐอเมริกา การทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่ Max Planck Institute for Physics of Complex Systems ในเมืองเดรสเดน ประเทศเยอรมนี นักวิจัยได้ใช้เทคนิคทางทฤษฎีร่วมกันเพื่อสรุปว่า Ce 2 Zr 2 O 7 (เรียกสั้นๆ ว่า CZO) เป็น 3D QSL
QSL ก่อตัวเมื่ออะตอมในวัสดุแม่เหล็กที่เป็นของแข็งไม่สามารถจัดโมเมนต์แม่เหล็ก (หรือการหมุน) ของพวกมันให้อยู่ในรูปแบบปกติและคงที่ พฤติกรรมที่ “หงุดหงิด” นี้แตกต่างอย่างมากจากพฤติกรรมของเฟอร์โรแม่เหล็กธรรมดาหรือแอนตีเฟอโรแม่เหล็กซึ่งมีการหมุนที่ชี้ไปในทิศทางเดียวกันหรือสลับกันตามลำดับ
กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายความคับข้องใจนี้
โดยบอกว่าการวางแนวของสปินไม่เข้มงวด ในทางกลับกัน สปินจะเปลี่ยนทิศทางอย่างต่อเนื่องในลักษณะที่ลื่นไหล ทำให้เกิดสปินอัพและสปินดาวน์ที่พันกันยุ่งเหยิง ด้วยพฤติกรรมนี้ QSL จะยังคงอยู่ในสถานะของเหลวแม้ที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งวัสดุส่วนใหญ่จะแข็งตัวเป็นของแข็ง
“สำรวจ” พารามิเตอร์ของแบบจำลองทางทฤษฎี
ในปี 2019 กลุ่มทดลองสองกลุ่ม – กลุ่มหนึ่งนำโดย Pengcheng Dai at Rice และอีกกลุ่มโดย Bruce Gaulin ที่ McMaster – ได้ข้อสรุปโดยอิงจากข้อมูลจากการทดลองทางอุณหพลศาสตร์และการกระเจิงนิวตรอนที่ CZO มีพฤติกรรมสอดคล้องกับ 3D QSL ในงานล่าสุด ทีมงานที่นำโดย Hitesh Changlani แห่งรัฐฟลอริดา เตรียมพิสูจน์สถานะของตนโดยปราศจากข้อสงสัยอันสมเหตุสมผล
ในการทำเช่นนี้ Changlani และเพื่อนร่วมงานได้วิเคราะห์ข้อมูลดิบจากการทดลองทั้งสอง เพื่อหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดของแบบจำลองที่เรียกว่าไดโพล-ออคทูโพลของโมเมนต์แม่เหล็กซีเรียมที่มีการมีเพศสัมพันธ์แบบสปิน-ออร์บิตที่แข็งแกร่ง การค้นหาพารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดว่า QSL ชนิดใดที่มีอยู่ใน CZO หากมีอยู่จริง
“นี่เป็นงานที่น่ากลัวและการรักษา ‘mean-field’ ง่ายๆที่เราพยายามในตอนแรกไม่ได้ผล” Changlani กล่าว ทีมงานได้หันไปใช้ทางเลือกอื่นที่เรียกว่าวิธี Lanczos อุณหภูมิจำกัด ร่วมกับการโต้ตอบแบบควอนตัมแบบคลาสสิกซึ่งพัฒนาขึ้นโดยสมาชิกในทีมบางคน เพื่อทำการคำนวณควอนตัมของความร้อนจำเพาะและการสะกดจิตของวัสดุ
วิธีนี้ทำให้นักวิจัยสามารถจำลองไดนามิกการหมุน
ของโมเลกุลของวัสดุ (ตามสมการของ Landau-Lifshitz) และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับผลลัพธ์จากการทดลองการกระเจิงนิวตรอนแบบไม่ยืดหยุ่นก่อนหน้านี้ ตามที่ทีมงานระบุ พารามิเตอร์แบบจำลอง “จับ[d] คุณลักษณะเด่นของข้อมูลการทดลองทั้งในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ”
“เมื่อพิจารณาข้อมูลการทดลองทั้งหมดเกี่ยวกับ CZO และข้อเสนอทางทฤษฎีก่อนหน้านี้สำหรับ QSL บนไพโรคลอร์ เราสามารถ ‘ตรวจสอบ’ พารามิเตอร์ของแบบจำลองทางทฤษฎีที่สามารถอธิบายการสังเกตทั้งหมดได้อย่างแท้จริง” Changlani อธิบาย พร้อมเสริมว่า แบบจำลองได้รับการเสนอครั้งแรกในบทความในPhysical Review Lettersในปี 2014 “จากทุกสิ่งที่เรารู้ ปรากฏว่าการคาดเดาการทดลองในปี 2019 นั้นถูกต้อง”
“ควรค่าแก่การดูอย่างใกล้ชิด”
จนถึงขณะนี้ นักวิจัยด้านวัสดุควอนตัมหลายคนคิดว่าวัสดุที่มีความผันผวนของควอนตัมที่รุนแรง และด้วยเหตุนี้จึงมีแนวโน้มที่จะมีพฤติกรรมของ QSL จึงจำเป็นต้องมีมิติที่ลดลง กล่าวคือ โครงสร้างจำเป็นต้องประกอบด้วยระนาบคู่ที่อ่อนแอซึ่งอาจคิดได้ ที่เหมือน 2D “งานของเราท้าทายแนวคิดนี้” Changlani กล่าวกับPhysics World “เราได้ให้หลักฐานว่า 3D pyrochlores เป็นตัวอย่างของแม่เหล็กที่น่าผิดหวังซึ่งควรค่าแก่การดูอย่างใกล้ชิด”
ในแง่ของการใช้งานจริง Changlani กล่าวว่ายังเร็วเกินไปที่จะบอกว่ามันคืออะไร แม้ว่าการคำนวณควอนตัมบางรุ่นจะขึ้นอยู่กับการใช้การกระตุ้นแบบเศษส่วนที่เกิดขึ้นใน QSL เขาเตือนว่า “เรายังไม่ทราบว่า CZO จะพอดีกับการเรียกเก็บเงินที่นี่หรือไม่”
ตามที่สมาชิกในทีม Andriy Nevidomskyy ระบุ ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าตื่นเต้นกว่าสำหรับฟิสิกส์พื้นฐาน ซึ่งรวมถึงการเชื่อมต่อที่เป็นไปได้ระหว่าง QSL กับโมโนโพลแม่เหล็ก ซึ่งเป็นอนุภาคสมมุติฐานที่มีขั้วแม่เหล็กเหนือหรือใต้แยกออกมา ผู้สมัครของเหลวสปินควอนตัมที่มีแนวโน้มอาจสั้น
“แน่นอนว่าในฟิสิกส์คลาสสิก เราไม่มีทางแยกแม่เหล็กแท่งเพียงด้านเดียวออก” เขากล่าว “โมโนโพลเหนือและใต้มักเป็นคู่เสมอ แต่ในฟิสิกส์ควอนตัม โมโนโพลแม่เหล็กสามารถดำรงอยู่ได้โดยสมมุติฐาน และนักทฤษฎีควอนตัมได้สร้างสิ่งเหล่านี้เมื่อเกือบ 100 ปีที่แล้วเพื่อสำรวจคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
