Une équipe de chercheurs affiliée à UNIST a réussi à identifier les traces du liquide de spin quantum Kitaev (QSL) en utilisant la lumière. Le Kitaev QSL représente un état quantique spécial qui pourrait ouvrir la voie au développement d'ordinateurs quantiques à grande échelle sans erreur. Cependant, les cas confirmés expérimentalement de ce phénomène dans les matériaux ont été rares, ce qui a provoqué des efforts continus pour découvrir des documents candidats appropriés.
La nouvelle méthodologie expérimentale utilisant la lumière pour détecter les caractéristiques de Kitaev QSL devrait aider à l'exploration et à la caractérisation des matériaux informatiques quantiques. L'étude est publiée dans la revue Communications de la nature.
L'équipe de recherche, dirigée par le professeur Changhee Sohn du Département de physique d'Uist, en collaboration avec l'équipe du professeur Jae Hoon Kim de l'Université de Yonsei et le professeur Jung-Woo Yoo, du Département de science et d'ingénierie des matériaux, a rapporté qu'ils ont réussi à détecter les fluctuations de spin indicatives indicatives de l'état Kitaev QSL dans les films minces à base de cobalt.
Kitaev QSL est une forme unique de l'état liquide de spin quantique. Dans cet état, les particules de rotation dans un solide ne s'alignent pas même à basse température, en maintenant un état fluide et désordonné semblable à des molécules liquides qui présentent des fluctuations dynamiques.
L'équipe collaborative a détecté ces fluctuations de spin dans des oxydes à base de cobalt synthétisés dans un format à couches minces, mesurant seulement 20 nm d'épaisseur. Bien que les méthodes analytiques à base de neutrons existantes aient facilité l'observation des fluctuations de spin dans les matériaux en vrac, les signaux deviennent faibles et difficiles à observer lorsque les matériaux sont réduits en formats de couches minces, ce qui est essentiel pour les applications informatiques quantiques.
Les chercheurs ont utilisé une approche innovante, analysant les particules d'excitons générées en illuminant le film mince avec la lumière, pour détecter ces fluctuations de spin. Notamment, les fluctuations de spin mesurées ont persisté au-dessus d'une température spécifique connue sous le nom de température de NÉEL (16K, -257,15 ° C), fournissant des preuves que ces fluctuations surviennent non seulement des effets thermiques mais sont une caractéristique de l'état liquide de spin quantique. De plus, les calculs théoriques ont confirmé de fortes interactions KITAEV, généralement trouvées dans Kitaev QSLS plutôt que des liquides de spin quantique standard.
Le professeur Sohn a déclaré: « Cette recherche démontre que les caractéristiques de Kitaev QSL peuvent se manifester dans des oxydes à base de cobalt sous forme de couches minces. De plus, notre méthode analytique utilisée dans l'expérience devrait contribuer de manière significative au développement de matériaux informatiques quantiques. »
