Fizičari Ivan Jakovac i Mihael Grbić s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu predvodili su međunarodni tim koji je eksperimentalno potvrdio teorijska predviđanja o dvjema kvantnim fazama u magnetskom materijalu, objavio je PMF.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Physical Review Letters, a rad je objavljen na naslovnici njegova 13. izdanja i dobio je preporuku urednika.
Znanstvenici su proučavali izolatorski spoj sastavljen od lanaca vrlo malenih magneta, tzv. Haldanovi lanci, nazvani po Duncanu Haldaneu, koji ih je prvi teorijski predvidio 1983. godine.
Kada se lanac izloži snažnom magnetskom polju i vrlo niskim temperaturama, njegova se svojstva mijenjaju – nastupa tzv. kvantna kritičnost. Lanci se počinju ponašati kao jednodimenzionalni vodiči u kojima se magnetske kvazičestice gibaju bez otpora. Pri dodatnom hlađenju sustav prelazi u još neobičnije stanje – Bose-Einsteinov kondenzat, peto agregatno stanje.
„Ono što smo desetljećima imali samo kao teorijsko predviđanje sada smo uspjeli izravno eksperimentalno potvrditi. Materijal se pri promjeni temperature i magnetskog polja ponaša upravo onako kako je teorija predvidjela“, rekao je Jakovac.
Teorijska predviđanja o pojavi magnetskog Bose-Einsteinova kondenzata u ovakvim sustavima postavljena su još 1990. godine, dok su svojstva drugog važnog kvantnog stanja, poznatog kao Tomonaga-Luttingerova tekućina, predviđena početkom 2000-ih. Eksperimentalna potvrda bila je zahtjevna, a u međuvremenu je sintetizirano više od 20 sličnih materijala koji nisu imali sva svojstva potrebna za pouzdano opažanje tih stanja.
„Pomoću kvantne fizike možemo različitim izračunima predvidjeti mnoga stanja tvari, ali pravi test tih predviđanja nastupa kad variramo neki od parametara i pratimo kako taj izračun evoluira, te je li to u skladu s eksperimentom. U našem slučaju smo magnetsko polje varirali u širokom rasponu od 0 do 34 T i pokazali da se u cijelom području sustav ponaša u skladu sa zakonima kvantne fizike“, istaknuo je Grbić.
Prekretnicu je donio spoj nazvan BoNO, koji je potpuno organski i ne sadrži metale. Materijal je sintetizirala profesorica Y. Hosokoshi s Osaka Metroplitan University u Japanu.
Istraživači su koristili nuklearnu magnetsku rezonanciju kako bi proučili ponašanje materijala i odredili granice između dviju kvantnih faza. Dio mjerenja proveden je u Zagrebu, a ostali eksperimenti u istraživačkim centrima u francuskom Grenobleu i njemačkom Dresdenu.
Istraživanje pripada području jako koreliranih sustava, u kojima promjene temperature, magnetskog polja ili drugih vanjskih uvjeta mogu znatno utjecati na svojstva materijala. Prema PMF-u, organski magnetski spojevi poput BoNO-a otvaraju dodatne mogućnosti za proučavanje kvantnih stanja materije, uključujući koherentna stanja koja se istražuju i u kontekstu kvantnog računalstva.
