Екзотичний стан матерії був знайдений у межах попереднього екзотичного стану, який було відкрито в магнітному сполученні минулого десятиліття. У 2016 році фізики Вейго Юй, Крістофер Рот та Алексей Цвелик з Лабораторії Брукгевен у США виявили те, що вони назвали фазою "пів-вогонь, пів-лід" у спінових станах в Sr3CuIrO6, суміші стронцію, міді, іридію та кисню. Тепер вони знайшли протилежне: фазу пів-лід, пів-вогонь, в якій електрони в двох різних структурах міняються поведінкою. Ключовим для цього відкриття є поняття, яке називається фрустрацією, описуючи взаємодії між сусідніми частинками. Змінивши одну частину головоломки, зміна поведінки може поширитися по всій системі, спричиняючи фазовий зсув. У матеріалі пів-вогонь, пів-лід, спіни електронів на решітці атомів міді безладні, як палаючі вогні. Ті, що на іридієвих ділянках, заморожені на місці, надаючи їм сильніший магнітний вплив. Змусити цю форму рухатися здавалося неможливим за математичними стандартами фазових зрушень. Однак критичне відкриття дозволило команді знайти певну зміну температури, яка перевертає весь стан. Ця оборотність є проривом, якого шукали Юй і Цвелик – ключ до розкриття потенціалу Sr3CuIrO6 для квантових інформаційних технологій і мікроелектроніки. "Знаходження нових станів з екзотичними фізичними властивостями та здатність розуміти і контролювати переходи між цими станами є важливими проблемами в областях конденсованої матерії та матеріалознавства", – каже Юй. "Рішення цих проблем може призвести до значних досягнень у таких технологіях, як квантові обчислення та спінтроніка". Магнітні матеріали можуть набувати різних форм. У звичайному феромагнітному матеріалі, наприклад, залізі, спіни частинок вирівняні в одному напрямку. У ферімагнеті знаходяться два спінових стани, як у Sr3CuIrO6. Як було викладено в 2024 році в статті про їхнє відкриття 2016 року, дивна фаза пів-вогонь, пів-лід може бути індукована зовнішнім магнітним полем і виглядає дуже яскраво. Спіни міді занурюються в безлад, тоді як спіни іридію підпорядковуються, як солдати на постої. Це досить цікаво, але сам по собі не надто корисно. Наприклад, кубіти, основні одиниці квантових обчислень, можуть базуватися на спінах електронів, але ці спіни повинні бути здатні демонструвати різні значення бінарної системи. І навіть налаштовувані кубіти, спіни яких можна маніпулювати, набагато корисніші. "Попри наше широке дослідження, ми все ще не знали, як використати цей стан, особливо тому, що відомо вже століття, що одномірна модель Ізінга, встановлена математична модель феромагнетизму, яка породжує стан пів-вогонь, пів-лід, не має фазового переходу при кінцевій температурі", – пояснює Цвелик. "Ми пропустили кілька елементів головоломки." Нові відкриття привели до того, що в дослідженні виявлено приховану пару пів-лід, пів-вогонь, у якій мідь стає впорядкованою, а іридій потрапляє в безлад. Це не тільки відкриває нові можливості для досліджень прихованих фаз та їхніх переходів, але й означає, що фазовий зсув може бути точно контрольований, відкриваючи цілу галузь потенційних квантових застосувань. Але важливо зазначити, що це лише крок на шляху. "Наступним кроком ми збираємося досліджувати феномен вогонь-лід у системах з квантовими спінами та додатковими градусами свободи решітки, заряду та орбіт", – додає Юй. "Двері до нових можливостей тепер широко відчинені." Джерело