Kuantum spin sıvısı hali (Quantum spin liquid state), etkileşen kuantum spinlerden oluşan bir sistem ile elde edilen, genellikle düşük sıcaklıklarda düzen gösteren elektronların spininin düzensiz kaldığı egzotik ya da diğer bir deyişle maddenin tuhaf bir halidir. Kuantum spin sıvı hâli ilk olarak fizikçi Phil Anderson tarafından 1973 yılında, bir üçgen örgü üzerindeki spinler sistemi için taban durum olarak öne sürülmüştür. İlk kuantum spin sıvı hâli ise 2003 yılında üçgen örgü yapılı organik bir Mott yalıtkanında keşfedilmiştir. Bu keşifi takiben, ikinci keşif ZnCu3(OH)6Cl2 (Herbertsmithite) kristalinde 2006 yılında MIT’li bilim insanları tarafından yapılmıştır. Ve kuantum spin sıvısı hali ile ilgili çalışmalar günümüze kadar süre gelmiştir.
Geçtiğimiz günlerde de Tokyo University of Science’dan bilim insanları, yeni bir materyal geliştirdiler. Bu yeni gelişmede, Tokyo Üniversitesi Uygulamalı Fizik Departmanından bilim insanları, KCu6AlBiO4(SO4)5Cl şeklinde formüle edilen bu yeni materyal ile heyecan verici bir gelişmeye imza attılar. İki boyutlu bir kuantum spin sıvısı hali deneysel olarak gözlemlenen bu materyalin, spin davranışının bizleri yeni nesil “spintronik” cihazlara ulaştırabileceğini duyurdular.
Bir hayli önemli bir teknoloji olan ve dünya çapında bilim insanları ve mühendislerce geliştirilmeye çalışılan spintronikler, magnetoelektronik olarak da bilinmektedirler. Spintronik, elektronların kuantum özelliklerinden faydalanılarak dönüş ve yük durumlarından yararlanmayı temel alan gelişmekte olan bir teknolojidir. Ancak, spin kullanarak çalışabilen cihazların tasarımı son derece zordur ve tuhaf hallere sahip yeni malzemelerin kullanılmasını gerektirirler. İşte tam da bu noktada kuantum spin sıvı hali devreye girmektedir. Kuantum spin sıvısı halinin gözlenmesi, yoğun madde fiziğinin yanı sıra yeni spintronik cihazların geliştirilmesindeki en önemli hedeflerden biridir. Ancak iki boyutlu (2B) sistemlerde kuantum spin sıvısı hali düzensizlikten ya da ideal modellerden sapmalar nedeniyle gerçek malzemelerde açıkça görülmemiştir.
Spesifik sıcaklıkların altındaki antiferromanyetik malzemelerde, elektronların spinleri doğal olarak büyük ölçekli desenlere hizalanırlar. Bununla birlikte, kuantum spin sıvısı halindeki malzemelerde, spinler, bozunum göstermektedir. Bu bozukluk, tüm elektronlar için simetrik ve enerjik olarak uygun olan olası spin konfigürasyonunun olmadığı, yapısal bir fenomenden kaynaklanır. KCu6AlBiO4(SO4)5Cl materyali ise, bakır atomları, kare kagome kafes (square kagome lattice) olarak bilinen belirli bir 2B desende, yeni sentezlenmiş bir bileşiktir. Bu materyalin spintronik özellikleri üzerinde çalışan ekip çeşitli teorik ve deneysel zorluklarla karşılaşmışlardır. Ancak bu gelişme ile, kare kagome kafes manyetimizmasını incelemek için artık bir adaya sahip olduklarını ve yeni nesil spintronik cihazlara oldukça yakın olduğumuzu belirtmişlerdir.
Makaleye buradan erişebilirsiniz.
Kaynakça
1.Masayoshi Fujihala, Katsuhiro Morita, Richard Mole, Setsuo Mitsuda, Takami Tohyama, Shin-ichiro Yano, Dehong Yu, Shigetoshi Sota, Tomohiko Kuwai, Akihiro Koda, Hirotaka Okabe, Hua Lee, Shinichi Itoh, Takafumi Hawai, Takatsugu Masuda, Hajime Sagayama, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Seiko Ohira-Kawamura, Kenji Nakajima. Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-17235-z
Yoruma kapalı.