Полу замразени течни новини от физиката
Здравословно за Марс
Родословно дърво на Млечния път
Напълно интегриран контрол на нанодиамантите
Малко по-близо до слънцето
Разстояния от звезди
Какво кара звездите да блестят
Еднопосочна улица за електрони
Стотици копия на Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica намерени при ново преброяване
Лабораторните експерименти биха могли да решат пъзели за луната на Марс Фобос
Полу замразена течност за центрофугиране
Physik-Новини от 11.11.2018 Термодинамика
Физици от университета в Аугсбург и института „Пол Шерер“ откриват съвместното съществуване на течни и замразени въртения в магнитни връзки под високо налягане.
Елементарните градивни елементи на магнитните материали, така наречените спинове, могат да приемат различни състояния, които често се наричат твърди (кристални) или газообразни (неподредени) по аналогия с агрегираните състояния. Междинните състояния на завъртания, които биха съответствали на междинните състояния на течността, биха представлявали особен интерес, но досега едва ли са били доказани. Изследователи от катедрата за експериментална физика в Аугсбург VI/EKM докладват във "Physical Review Letters" за първото експериментално доказателство за смесено течно и замразено спиново състояние, което са успели да реализират под високо налягане в съединението β-Li2IrO3.
Чрез определяне на физическото състояние веществата обикновено могат да бъдат класифицирани като газообразни, течни или твърди. Аналогични термини се използват и за описване на поведението на елементарните магнити в твърди тела, така наречените „завъртания“. При високи температури завъртанията непрекъснато сменят ориентацията си и са в напълно неподредено, газообразно състояние. Аналогично на кондензацията и последващото втвърдяване при охлаждане на газовете, завъртанията също могат да замръзнат в подредено състояние с фиксирана ориентация при ниски температури. Ако обаче различните взаимодействия между въртенията не могат да бъдат удовлетворени едновременно при фиксирана ориентация на спина - тук се говори за „магнитна фрустрация“ - теоретично се предвижда, че ще се развие спинов флуид, който е стабилен до най-ниските температури. Това е състояние, при което завъртанията взаимодействат помежду си, но не приемат фиксиран ред.
М. Majumder, R.S. Manna, G. Simutis, J.C. Orain, T. Dey, F. Freund, A. Jesche, R. Khasanov, P.K. Бисвас, Е. Бикова, Н. Дубровинская, Л.С. Дубровински, Р. Ядав, Л. Хозой, С. Нишимото, А.А. Цирлин и П. Разбивка на магнитния ред в налягането на Китаев иридат β-Li2IrO3 Phys. Преподобни Lett. 120, 237202 (2018)
Начини за въртене на течност
Спиновите течности са много редки и трудно се генерират. Теоретично са предложени различни подходи, но досега има малко практически приложения. През 2006 г. математическият физик Алексей Китаев създаде много забелязан модел, който предлага нов клас спинови течности с интересни свойства - също по отношение на новите приложения в квантовата информационна технология. Оттогава многобройни експериментални групи са се опитали да създадат "спинов флуид на Китаев". Въпреки че понастоящем съществуват редица съединения, които проявяват зависимо от посоката магнитно взаимодействие, постулирано от Китаев, състоянието на въртящата се течност на Китаев не може да бъде доказано без съмнение. Това се дължи на факта, че в действителност допълнителните взаимодействия, които не се съдържат в модела, благоприятстват фиксирано спиново състояние.
Експерименти под натиск
Сега отборът на Аугсбург постигна важен пробив чрез прилагане на натиск. „Налягането може селективно да променя атомните позиции в кристала и по този начин техните взаимни взаимодействия. Магнитните взаимодействия са особено чувствителни към натиск, поради което експериментите под налягане върху материалите на Китаев са особено вълнуващи “, казва д-р. Александър Цирлин, ръководител на младшата изследователска група в Центъра за електронни корелации и магнетизъм към Физическия институт в Аугсбург.
Съединението β-Li2IrO3, което може да бъде произведено в Аугсбург под формата на изключително чисти монокристали, е избрано за печатните експерименти. Предишни изследвания вече показват наличието на взаимодействието на Китаев в този материал. При нормално налягане обаче няма въртяща се течност, а сложен магнитен ред. Екипът, ръководен от д-р. Цирлин и проф. Д-р Сега Филип Гегенварт извършва експерименти под налягане до 20 000 пъти над атмосферното налягане, което съответства на огромно натоварване от 20 тона на квадратен сантиметър.
Проведени са различни експерименти. В Аугсбург беше използвана много компактна клетка под налягане с външен диаметър по-малка от 8 mm за високочувствителни измервания на намагнитването до много ниски температури. Допълнителни експерименти бяха проведени в Института на Пол Шерер в Швейцария. В тези експерименти материалът на пробата вътре в клетка под налягане е бомбардиран с мюони, т.е. положително заредени елементарни частици, които носят въртящ момент. Поляризацията на мюонния спин е много чувствителна сонда от локални магнитни полета в материала на пробата. Експериментите с мюони в Института на Пол Шерер потвърдиха потискането на магнитния ред в β-Li2IrO3 под високо налягане, което вече беше наблюдавано в Аугсбург, което може да показва образуването на спинова течност. За изненада на изследователския екип обаче, подробната оценка разкри, че съществува съвместно съществуване, вероятно в нанометров мащаб, на течни и замразени площи.
Заледяване или плаващи айсберги, направени от завъртания?
Замръзването на въртящата се течност може да бъде причинено от несъвършенства в материала, т.е. от дефекти на решетката. Следователно работната група изследва кристалната структура изключително точно преди, по време и след печатните експерименти. Това обаче не дава доказателства за образуване на кристални дефекти. "Съжителството на течни и замразени спинови области следователно изглежда като общо свойство на β-Li2IrO3 при високо налягане", обобщава настоящите експерименти. Досега не е разбрано дали замръзналите завъртания се образуват на бучки - аналогично на айсбергите в океана - или те заобикалят течни области, аналогични на тънката ледена повърхност на замръзващото езеро. „Във всеки случай, фазата, наблюдавана под налягане, е различна от прогнозираната спинова течност на Китаев. Следователно съществуващата теория трябва да бъде разширена ”, каза Цирлин.
Този доклад за новини е създаден с материали от idw-online