Ученые получили самое четкое изображение электронных частиц, которые составляют квантовую спиновую жидкость (QSL). Ученые впервые получили изображение того, как электроны в QSL распадаются на спиноподобные частицы или спиноны, и зарядоподобные частицы, называемые чаргонами.

Это достижение поможет в разработке сверхбыстрых квантовых компьютеров и энергоэффективных сверхпроводников.

Другие исследователи видели различные следы этого явления, но у нас есть реальная картина состояния, в котором находится спинон. Это что-то новое, – Майк Кромми, профессор физики и старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Спиноны можно назвать частицами-призраками, так как их изредка можно наблюдать, но трудно доказать сам факт существования. С помощью нового метода ученые представили одно из лучших доказательств существования спинонов на сегодняшний день.

В квантовой спиновой жидкости или QSL спиноны свободно перемещаются, перенося тепло и вращение, но без электрического заряда. Ранее ученые искали их, полагаясь на методы на основе тепловых сигнатур.

В новой работе авторы вырастили однослойные образцы диселенида тантала (1T-TaSe₂) толщиной всего в три атома из усовершенствованного источника света лаборатории Беркли (ALS). Этот материал относится к классу материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов (TMDC).

Затем команда охарактеризовала тонкие пленки с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, в этом методе обычно используются рентгеновские лучи. Далее с помощью метода сканирующей туннельной микроскопии (STM) исследователи ввели электроны с металлической иглы в образец TMDC из диселенида тантала.

После этого, авторы выяснили, что когда электрон вводится в QSL с кончика STM, он распадается на две разные частицы внутри QSL: спиноны и заряды. Частицы спинона в конечном итоге отдельно несут спин, в то время как заряды отдельно несут электрический заряд.

В результате на изображении STM/STS видно, что заряды застывают на месте, образуя то, что ученые называют волной плотности заряда звезды Давида. Тем временем спиноны отделяются от обездвиженных зарядов и свободно перемещаются по материалу.