Zagadkowa ciecz spinowa została odkryta kilka lat temu, ale wciąż pozostaje wyjątkowo tajemniczym stanem skupienia materii. Wiadomo, iż w takich okolicznościach cząstki magnetyczne nie układają się w uporządkowany wzór, lecz utrzymują się we fluktuującym, splątanym stanie. Dzieje się tak nawet, gdy temperatura zostanie obniżona to wartości bliskich zera absolutnego, czyli najniższej możliwej spotykanej w całym wszechświecie.
W takich okolicznościach pojawiają się unikalne możliwości dotyczące poznawania tajemnic obejmujących oddziaływania między światłem i materią. O kluczowych postępach, jakie miały miejsce w ostatnim czasie w tej kategorii, członkowie międzynarodowego zespołu badawczego piszą na łamach Nature Physics. Jak podkreślają autorzy publikacji, udało im się zgromadzić dowody na występowanie kwantowej cieczy spinowej w materiale znanym jako pirochlorowy cynian ceru.
Prowadzone analizy umożliwiły określenie, w jaki sposób neutrony oddziałują ze spinem elektronu w pirochlorze pod względem magnetycznym. W ostatecznym rozrachunku doprowadziło to do uwiecznienia zbiorowych wzbudzeń spinów silnie oddziałujących z falami przypominającymi światło. Sukces w badaniach nastąpił dzięki wykorzystaniu spektrometru w Instytucie Laue-Langevin w Grenoble. Instrument ten umożliwił wykonanie obrazowania w ekstremalnie wysokiej rozdzielczości.
Kwantowa ciecz spinowa stanowiła obiekt zainteresowania międzynarodowego zespołu fizyków. Naukowcy dostrzegli w niej intrygujące interakcje na linii światło-materia
Spin jest właściwością elektronów spotykaną w mechanice kwantowej. Oddziaływania wielu elektronów sprawiają, że ich spiny ustawiają się w tym samym bądź przeciwnym kierunku. Ale mogą pojawić się zakłócenia wynikające z obecności struktur takich jak pirochlory. Fizycy określają to mianem frustracji magnetycznej, która w pewnych okolicznościach może prowadzić do powstawania kwantowych cieczy spinowych. Dzieją się wtedy rzeczy naprawdę niesamowite, ponieważ elektrony tworzą superpozycję, za sprawą której występują korelacje przywodzące na myśl płyny między spinami elektronów. A wszystko to w ciele stałym, a nie cieczy!
Warto przy tym wyróżnić tzw. spinony, które powstają za sprawą rozszczepiania elektronów w ciałach stałych. A tak się składa, że w kwantowej cieczy spinowej oddziaływanie między spinonami jest opisywane w kategoriach wymiany kwantów podobnych do światła. Jest to intrygujące nie tylko z punktu widzenia dokonanego w fizyce przełomu, ale również potencjalnych korzyści, które może on za sobą nieść. Mówi się chociażby o przełomowych dokonaniach w odniesieniu do projektowania komputerów kwantowych.