Rice Üniversitesi liderliğindeki küresel bir araştırma ekibi, on yıllardır bilim insanlarını şaşırtan bir kuantum gizemini çözdü. Araştırmacılar, cerium zirconium oxide (Ce2Zr2O7) adlı egzotik bir kuantum spin sıvısı içinde ortaya çıkan foton benzeri davranışları ve kesirli spin uyarımlarını doğruladı. Bu keşif, malzemenin gerçek bir üç boyutlu kuantum spin sıvısı olduğunu ve özellikle "kuantum spin buzu" adı verilen özel bir sınıfın temiz bir örneği olduğunu kanıtlıyor. Bu bulgu, derinlemesine dolanık maddeyi incelemek için yeni bir kapı aralıyor.
Kuantum spin sıvıları, kuantum hesaplama ve kayıpsız enerji iletimi gibi dönüştürücü teknolojileri destekleme potansiyelleri nedeniyle fizikçilerin yıllardır ilgisini çekiyor. Sıradan mıknatısların aksine, bu malzemeler geleneksel manyetik düzenden kaçınır; bunun yerine, manyetik momentleri mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda bile güçlü bir şekilde kuantum dolanık kalır ve sürekli kolektif hareket halindedir. Bu durum, ortaya çıkan kuantum elektrodinamiğine benzer bir davranış sergiler. Araştırmacılar, bu zorlu imzaları tespit etmek için gelişmiş polarize nötron saçılımı yöntemini kullandı ve sistem sıfır sıcaklık limitine yaklaşırken bile manyetik saçılımı diğer sinyallerden ayırmayı başardı.
Ölçümler, sıfır enerjiye yakın ortaya çıkan foton sinyallerini de ortaya koydu; bu, kuantum spin buzunu geleneksel mıknatıslarda bulunan daha tanıdık fazlardan ayıran belirleyici bir özelliktir. Ek kanıtlar, bu öngörülen ortaya çıkan fotonların sesin bir katı içinde hareket etme şekline benzeyen bir dağılımı izlediği özgül ısı ölçümlerinden geldi. Bu ilk kez yapılan gözlem, yoğun madde fiziğindeki uzun süreli bir tartışmayı çözüyor ve bilim insanlarına yeni nesil kuantum fenomenlerini ve potansiyel teknoloji yollarını incelemek için güçlü bir platform sunuyor.
Bu keşif, kuantum hesaplama ve kayıpsız enerji iletimi gibi geleceğin teknolojileri için kritik öneme sahip yeni nesil kuantum materyallerin anlaşılmasına ve geliştirilmesine zemin hazırlıyor.