Félig fagyasztott, folyékony hírek a fizikából
Egészséges a Marson
A Tejút családfája
A nanodiamandok teljesen integrált vezérlése
Kicsit közelebb a naphoz
Távolság a csillagoktól
Mitől ragyognak a csillagok
Egyirányú utca az elektronok számára
Új számban talált több száz példányt Newton Philosophiae Naturalis Principia Mathematica-ból
A laboratóriumi kísérletek megoldhatták a rejtvényeket a Mars Phobos holdjáról
Félfagyasztott centrifuga
Physik-News 2018.11.06-tól Termodinamika
Az Augsburgi Egyetem és a Paul Scherrer Intézet fizikusai felfedezik a folyékony és fagyasztott centrifugák együttes létezését mágneses csatlakozásokban nagy nyomás alatt.
A mágneses anyagok elemi építőkövei, az úgynevezett spinek különböző állapotokat vehetnek fel, amelyeket az összesített állapotok analógiájára gyakran szilárdnak (kristályosnak) vagy gázszerűnek (rendezetlennek) neveznek. A pörgések köztes állapotai, amelyek megfelelnek a folyadék közbenső állapotainak, különös érdeklődésre tartanak számot, de mindeddig alig bizonyítottak. Az augsburgi kísérleti fizika elnökének VI/EKM kutatói a "Physical Review Letters" című folyóiratban a vegyes folyékony és fagyasztott spin állapot első kísérleti bizonyítékáról számoltak be, amelyet nagy nyomáson tudtak megvalósítani a β-Li2IrO3 vegyületben.
A fizikai állapot megadásával az anyagokat általában gáz halmazállapotú, folyékony vagy szilárd anyagként lehet besorolni. Analóg kifejezéseket használnak az elemi mágnesek szilárd anyagokban való viselkedésének, az úgynevezett "pörgetések" leírására is. Magas hőmérsékleten a pörgések folyamatosan változtatják az irányukat, és teljesen rendezetlen, gáz halmazállapotúak. A kondenzációhoz és az azt követő szilárduláshoz hasonlóan, amikor a gázokat lehűtjük, a centrifugák rendezett állapotba is fagyhatnak, fix irányban, alacsony hőmérsékleten. Ha azonban a pörgetések közötti különböző kölcsönhatások nem teljesülhetnek egyidejűleg rögzített pörgési orientációban - itt „mágneses frusztrációról” beszélünk -, akkor elméletileg azt jósolják, hogy olyan spin-folyadék alakul ki, amely a legalacsonyabb hőmérsékletig stabil. Ez egy olyan állapot, amelyben a pörgetések kölcsönhatásba lépnek egymással, de nem feltételeznek rögzített sorrendet.
M. Majumder, R.S. Manna, G. Simutis, J.C. Orain, T. Dey, F. Freund, A. Jesche, R. Khasanov, P.K. Biswas, E. Bykova, N. Dubrovinskaia, L.S. Dubrovinsky, R. Yadav, L. Hozoi, S. Nishimoto, A. A. Tsirlin és P. Jelenlét A mágneses sorrend lebontása a nyomás alatt lévő Kitaev iridátum β-Li2IrO3 Phys. Tiszteletes Lett. 120, 237202 (2018)
A folyadék fonásának módjai
A centrifugálási folyadékok nagyon ritkák és nehezen képződnek. Elméletileg különféle megközelítéseket javasoltak, de eddig kevés gyakorlati megvalósítás történt. Alekszej Kitaev matematikai fizikus 2006-ban kidolgozott egy nagyon figyelemre méltó modellt, amely érdekes tulajdonságokkal rendelkező új spin-folyadékok osztályát kínálja - a kvantuminformációs technológia újszerű alkalmazásai tekintetében is. Azóta számos kísérleti csoport megpróbálta létrehozni a "Kitaev spin folyadékot". Bár ma már számos olyan vegyület létezik, amelyek az irányfüggő mágneses interakciót mutatják Kitaev által, a Kitaev spin-folyadék állapota kétségkívül nem bizonyítható. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a valóságban a modellben nem szereplő további interakciók a fix spin-állapotot támogatják.
Kísérletek nyomás alatt
Az augsburgi csapat most fontos áttörést ért el a nyomásgyakorlás révén. „A nyomás szelektíven megváltoztathatja a kristály atompozícióit és ezáltal kölcsönös kölcsönhatásukat. A mágneses interakciók különösen érzékenyek a nyomásra, ezért a Kitaev anyagokkal végzett nyomáskísérletek különösen izgalmasak ”- mondja dr. Alexander Tsirlin, az Augsburgi Fizikai Intézet Elektronikus Korrelációk és Mágnesesség Központjának fiatal kutatócsoportvezetője.
A nyomtatási kísérletekhez Augsburgban nagyon tiszta egykristályok formájában előállítható β-Li2IrO3 vegyületet választottuk ki. Korábbi kutatások már jelezték a Kitaev-kölcsönhatás jelenlétét ebben az anyagban. Normál nyomáson azonban nincs centrifugálási folyadék, hanem bonyolult mágneses sorrend. A csapat élén Dr. Tsirlin és Prof. Dr. Philipp Gegenwart most a légköri nyomás 20 000-szeresének megfelelő nyomáskísérleteket hajtott végre, ami hatalmas 20 tonna/négyzetcentiméter terhelésnek felel meg.
Különböző kísérleteket hajtottak végre. Nagyon kompakt, 8 mm-nél kisebb külső átmérőjű nyomáskamrát használtak Augsburgban a nagyon érzékeny mágnesezési mérésekhez nagyon alacsony hőmérsékletig. További kísérleteket végeztek a svájci Paul Scherrer Intézetben. Ezekben a kísérletekben a nyomáskamrában lévő minta anyagát müonokkal, azaz pozitív töltésű elemi részecskékkel bombázták, amelyek centrifugálási momentumot hordoznak. A müon-spin polarizációja a minta anyagában a helyi mágneses mezők nagyon érzékeny próbája. A müonokkal végzett kísérletek a Paul Scherrer Intézetben megerősítették a mágneses rend elnyomását a β-Li2IrO3-ban nagy nyomás alatt, Augsburgban már megfigyelték, ami jelezheti a forgó folyadék képződését. A kutatócsoport meglepetésére azonban a részletes értékelés feltárta, hogy folyékony és fagyott területek - vélhetően nanométeres skálán - együtt léteznek.
Forgásokból készült jéghegyek jegesedése vagy lebegése?
A centrifugálási folyadék megfagyását az anyag hibái, vagyis rácshibák okozhatják. A munkacsoport ezért rendkívül pontosan megvizsgálta a kristályszerkezetet a nyomtatási kísérletek előtt, alatt és után. Ez azonban nem adott bizonyítékot a kristályhiba kialakulására. „A folyékony és fagyasztott spin-régiók együttélése tehát a β-Li2IrO3 általános tulajdonságának tűnik magas nyomás alatt” - foglalja össze a jelen kísérleteket. Eddig nem értették, hogy a fagyott pörgések csomókban képződnek-e - hasonlóan az óceán jéghegyeihez -, vagy folyékony területeket vesznek-e körül, hasonlóan a fagyos tó vékony jégfelületéhez. „Mindenesetre a nyomás alatt megfigyelt fázis eltér az előrejelzett Kitaev-fonófolyadéktól. Ezért ki kell terjeszteni a meglévő elméletet ”- mondta Tsirlin.
Ez a hírjelentés az idw-online anyagával készült