Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа использовали рассеяние нейтронов для нового исследования. Цель — определить, может ли атомная структура конкретного материала содержать спирально-вращающуюся жидкость. Отслеживая вращения на ячеистой решетке слоистого магнита из трихлорида железа, физики обнаружили первую 2D-систему, в которой она может находиться.

Открытие пригодится в будущих исследованиях физических явлений, которые могут привести к появлению информационных технологий следующего поколения. Например, ученые смогут изучить фрактоны (коллективные квантованные колебания, которые считаются будущим квантовых вычислений) и скирмионы (новые магнитные спиновые текстуры, которые способствуют хранению данных высокой плотности).

«Материалы, содержащие спирально-спиновые жидкости, особенно интересны из-за их потенциала для создания квантовых спиновых жидкостей, спиновых текстур и фрактонных возбуждений», — рассказал Шан Гао из Ок-Риджской национальной лаборатории, который возглавлял исследование, опубликованное в Physical Review Letters.

Давняя теория предсказывала, что сотовая решетка может содержать спирально-вращающуюся жидкость — новую фазу материи, в которой вращения образуют колеблющиеся штопорообразные структуры. Тем не менее, до настоящего исследования экспериментальные доказательства этой фазы в двумерной системе отсутствовали. Двумерная система содержит слоистый кристаллический материал, в котором взаимодействия сильнее в плоском направлении, чем в направлении укладки.

Ученые использовали трихлорид железа и обратились к эксперту по выращиванию и изучению 2D-материалов. Подобно тому, как двумерные слои графена существуют в объемном графите в виде ячеистых решеток из чистого углерода, двумерные слои железа существуют в объемном трихлориде железа в виде двумерных ячеистых слоев.

Раньше ученые подозревали, что этот интересный сотовый материал может демонстрировать сложное магнитное поведение при низких температурах. В ходе нового исследования физики подтвердили теорию. У каждого ячеистого слоя железа есть атомы хлора над и под ним, образуя плиты хлор-железо-хлор.

В ходе исследования ученые использовали технологии рассеяния нейтронов для картирования спиновых движений в спирально-спиновой жидкости.