Напівзаморожені спінові рідкі новини з фізики
Здоровий для Марса
Генеалогічне дерево Чумацького Шляху
Повністю інтегрований контроль наноалмазів
Трохи ближче до сонця
Відстані від зірок
Що змушує зірки світити
Вулиця з одностороннім рухом для електронів
У новому підрахуванні знайдені сотні примірників "Ньюсона" (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)
Лабораторні експерименти могли б розгадати загадки про Марсовий місяць Фобос
Напівзаморожена прядильна рідина
Physik-News від 11.06.2018 Термодинаміка
Фізики з Аугсбурзького університету та Інституту Поля Шеррера виявляють співіснування рідких та замерзлих спінів у магнітних зв’язках під високим тиском.
Елементарні будівельні блоки магнітних матеріалів, так звані спіни, можуть приймати різні стани, які часто називають твердими (кристалічними) або газоподібними (невпорядкованими), аналогічно агрегатним станам. Проміжні стани спінів, які відповідали б проміжним станам рідини, представляли б особливий інтерес, але до цих пір навряд чи були доведені. Дослідники кафедри експериментальної фізики Аугсбурга VI/EKM у "Physical Review Letters" повідомляють про перший експериментальний доказ змішаної рідини та замерзлого спинового стану, який вони змогли реалізувати під високим тиском у сполуці β-Li2IrO3.
Вказуючи агрегатний стан, речовини, як правило, можна класифікувати як газоподібні, рідкі або тверді. Аналогічні терміни також використовуються для опису поведінки елементарних магнітів у твердих тілах, так званих "спінів". При високих температурах спіни постійно змінюють свою орієнтацію і знаходяться в абсолютно невпорядкованому, газоподібному стані. Аналогічно конденсації та подальшому затвердінню при охолодженні газів, спіни також можуть замерзати в упорядкований стан з фіксованою орієнтацією при низьких температурах. Якщо, однак, різні взаємодії між спінами не можуть бути задоволені одночасно за фіксованої орієнтації спіна - тут йдеться про «магнітні розлади» - теоретично передбачається, що розвинеться спінова рідина, яка стабільна до найнижчих температур. Це стан, в якому спіни взаємодіють між собою, але не передбачають фіксованого порядку.
М. Маджумдер, Р.С. Манна, Г. Сімутіс, Дж. Орейн, Т. Дей, Ф. Фройнд, А. Єше, Р. Хасанов, П.К. Бісвас, Є. Бикова, Н. Дубровінська, Л.С. Дубровінський, Р. Ядав, Л. Хозой, С. Нішімото, А. А. Цирлін, П. Присутність Розпад магнітного порядку в китаєвому іридаті β-Li2IrO3 Phys. Преподобний Летт. 120, 237202 (2018)
Способи віджиму рідини
Спінові рідини дуже рідкі і їх важко генерувати. Теоретично було запропоновано різні підходи, але поки що практичних реалізацій було небагато. У 2006 році математичний фізик Олексій Китаєв розробив широко помітну модель, яка пропонує новий клас спінових рідин з цікавими властивостями - також стосовно нових застосувань у квантових інформаційних технологіях. З тих пір численні експериментальні групи намагалися створити "спітаїну рідину Китаєва". Хоча зараз існує ряд сполук, які проявляють магнітну взаємодію, залежну від напрямку, постульовану Кітаєвим, стан спінової рідини Кітаєва не може бути доведено без сумніву. Це пов'язано з тим, що насправді додаткові взаємодії, що не містяться в моделі, сприяють фіксованому спіновому стану.
Експерименти під тиском
Зараз команда Аугсбурга досягла важливого прориву, застосовуючи тиск. “Тиск може вибірково змінювати атомні положення в кристалі і, отже, їх взаємну взаємодію. Магнітні взаємодії особливо чутливі до тиску, тому експерименти під тиском на матеріалах Китаєва особливо захоплюючі », - каже доктор. Олександр Цирлін, керівник молодшої наукової групи Центру електронних кореляцій та магнетизму Аугсбурзького фізичного інституту.
Для друкарських експериментів було обрано сполуку β-Li2IrO3, яка може бути вироблена в Аугсбурзі у вигляді високочистих монокристалів. Попередні дослідження вже вказували на наявність взаємодії Китаєва в цьому матеріалі. Однак при нормальному тиску не існує спінової рідини, а складний магнітний порядок. Команда, яку очолює доктор Цирлін та проф. Д-р Зараз Філіпп Гегенварт проводив експерименти під тиском, що перевищують атмосферний тиск до 20 000 разів, що відповідає величезному навантаженню в 20 тонн на квадратний сантиметр.
Були проведені різні експерименти. Дуже компактний напірний елемент із зовнішнім діаметром менше 8 мм використовувався в Аугсбурзі для високочутливих вимірювань намагніченості аж до дуже низьких температур. Подальші експерименти проводились в Інституті Поля Шеррера у Швейцарії. У цих експериментах матеріал зразка всередині елемента, що знаходиться під тиском, був бомбардований мюонами, тобто позитивно зарядженими елементарними частинками, які несуть момент спіну. Поляризація спіна мюона є дуже чутливим зондом локальних магнітних полів у матеріалі зразка. Експерименти з мюонами в Інституті Поля Шеррера підтвердили придушення магнітного порядку в β-Li2IrO3 під високим тиском, яке вже спостерігалося в Аугсбурзі, що може свідчити про утворення спінової рідини. Однак, на подив дослідницької групи, детальна оцінка показала, що існує співіснування, мабуть, у нанометрових масштабах, рідких та заморожених ділянок.
Крижані або плаваючі айсберги, виготовлені із спінів?
Замерзання спінової рідини може бути спричинене недоліками матеріалу, тобто дефектами решітки. Тому робоча група надзвичайно точно досліджувала кристалічну структуру до, під час та після друкарських експериментів. Однак це не дало жодних доказів утворення дефектів кристалів. "Таким чином, співіснування рідких та заморожених спінових областей, здається, є загальною властивістю β-Li2IrO3 під високим тиском", - резюмує даний експеримент. На сьогоднішній день не зрозуміло, чи замерзлі спіни утворюються згустками - аналогічно айсбергам в океані - чи оточують вони рідкі ділянки, аналогічно тонкій крижаній поверхні замерзаючого озера. “У будь-якому випадку фаза, що спостерігається під тиском, відрізняється від прогнозованої спінової рідини Китаєва. Тому існуючу теорію потрібно розширювати », - сказав Цирлін.
Ця новина була створена за матеріалами idw-online