p Pesquisadores do Instituto Paul Scherrer (PSI) na Suíça, Romain Sibille e Nicolas Gauthier, estão estudando uma amostra fascinante usando nêutrons na Fonte de Nêutrons de Espalação (SNS) do Departamento de Energia (DOE) no Laboratório Nacional de Oak Ridge. p Seu objetivo é criar um caso observável de gelo giratório quântico, um estado magnético bizarro encontrado em uma classe especial de materiais que poderia levar a avanços nas tecnologias de computação quântica.

p "Estudamos principalmente óxidos, que incluem elementos magnéticos de terras raras, "disse Sibille." Agora mesmo, estamos estudando uma amostra que é candidata a uma fase magnética que, até aqui, tem sido difícil de observar:gelo giratório quântico. Esperamos encontrar isso e demonstrá-lo com os novos recursos aqui no instrumento HYSPEC da SNS usando polarização e o superespelho do PSI. "

p Em 2015, HYSPEC, Linha de luz SNS 14B, recebeu uma nova matriz de superespelho polarizador de grande angular construída por cientistas e engenheiros da PSI. O novo superespelho permite aos usuários realizar análises de polarização tridimensional de excitações de nêutrons.

p Estudos de magnetismo frustrado usando espalhamento de nêutrons continuam a se tornar mais populares entre os cientistas, os pesquisadores dizem, em grande parte devido à possibilidade de encontrar esses estados quânticos únicos. O gelo de spin quântico, em particular, faz parte de uma classe maior de fases magnéticas, ou estados básicos, chamados de "líquidos de spin quânticos".

p Spin ice é uma substância magnética que não exibe magnetismo convencional, como visto em ímãs em barra tradicionais com pólos norte e sul, onde os elétrons se alinham em paralelo. Em vez de, os momentos magnéticos do material - ou "spins" - organizam-se em estados desordenados ou "frustrados" e flutuam entre diferentes configurações, mesmo em condições extremamente frias, quando se espera que as partículas congelem na posição.

p “Os momentos magnéticos não entram em uma fase em que estão todos em uma determinada direção e ficam assim, "explicou Sibille." Em vez disso, o sistema entra em uma fase dinâmica e macroscopicamente degenerada. Isso significa que há um grande número de configurações locais diferentes dos momentos magnéticos, e esse número varia de acordo com o tamanho da amostra. O estado fundamental oscila entre essas configurações e não entra em uma ordem estática de longo alcance. "

p O estudo de líquidos de spin quântico ainda é um campo muito teórico porque as ferramentas necessárias para observar essas fases são limitadas.

p "Basicamente, estamos quase limitados a usar nêutrons para tentar observá-los, "disse Sibille." A amostra que estamos usando também será resfriada a 50 miliKelvin [aproximadamente -459 ° F] - extremamente fria. Isto é, pelo menos no momento, quase impossível fazer experimentos de raios-X nessas condições. "

p "Com nêutrons, você pode mapear a dispersão difusa mais facilmente do que com raios-x, também, "acrescentou Gauthier." No entanto, o que é chamado de 'gelo de spin quântico' é quando as flutuações quânticas permitem que as configurações de gelo de spin se tornem um túnel entre si, mesmo em temperatura zero. Isso leva ao surgimento de excitações exóticas que podem ser estudadas usando nêutrons. Isso é o que há de mais interessante e o que as pessoas estão procurando intensamente no momento. "

p "Estamos muito entusiasmados por sermos os primeiros usuários PSI do superespelho, "disse Sibille." Se funcionar, é um caso científico muito interessante e uma bela conquista para a colaboração entre a PSI e Oak Ridge. "

p Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados na revista Física da Natureza .