Pesquisadores da Universidade de Stanford e do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC publicaram recentemente um relatório observando evidências experimentais de comportamento intrínseco de líquido de spin quântico em uma classe de materiais magnéticos chamada kagome. As descobertas foram publicadas na revista Nature Physics.

Líquidos de spin quânticos são estados da matéria nos quais os spins internos continuam a flutuar mesmo em temperaturas extremamente baixas, não conseguindo formar um arranjo ordenado e exibindo emaranhamento quântico de longo alcance. A equipe de pesquisa concentrou-se na observação de um novo composto, a barosita de zinco, que possui uma estrutura cristalina típica de materiais kagome. O autor sênior, Young S. Lee, afirmou: “Há mais de 20 anos, tenho interesse em compreender os líquidos de spin quânticos. Esses são novos e fascinantes estados da matéria quântica. Em princípio, seu estado fundamental pode apresentar emaranhamento quântico de longo alcance, o que é extremamente raro em materiais reais.”

Os pesquisadores sintetizaram amostras de monocristais de alta qualidade, mediram suas excitações de spin usando espalhamento inelástico de nêutrons de alta resolução em temperaturas extremamente baixas e compararam os resultados experimentais com cálculos teóricos. Li Yongsheng destacou: "Os padrões de dispersão nos fornecem duas informações microscópicas importantes. A primeira é a correlação espacial das direções de spin e a segunda são suas flutuações temporais. Essas medições mostram que as excitações fundamentais dos spins kagome aparecem na forma de 'spinons', que são frações de excitações típicas de 'magnons'."

Este estudo demonstra que o comportamento observado na barosita de zinco é consistente com características previamente registradas em outro material kagome, o Herbert-Smithstone, sugerindo que esse tipo de estado de líquido de spin quântico pode ser universal em materiais similares. Li Yongsheng acredita: "Este artigo apresenta informações detalhadas sobre correlações de spin que concordam bem com os cálculos teóricos do estado fundamental de líquidos de spin quânticos específicos. Acredito que nossos resultados de pesquisa representam mais um passo importante em direção a esse objetivo geral."

Espera-se que uma compreensão mais profunda dos estados de líquido de spin quântico em materiais kagome forneça uma nova base física para futuras pesquisas em tecnologia da informação quântica.