Polomrazené tekuté správy z fyziky
Zdravý na Mars
Rodokmeň Mliečnej dráhy
Plne integrovaná kontrola nanodiamantov
Trochu bližšie k slnku
Vzdialenosti od hviezd
Čo žiari hviezdy
Jednosmerná ulica pre elektróny
Stovky výtlačkov Newtonovej knihy Philosophiae Naturalis Principia Mathematica nájdené v novom počte
Laboratórne experimenty mohli vyriešiť hádanky o marsovskom mesiaci Phobos
Polomrazená tekutina na odstreďovanie
Physik-News z 06/11/2018 Termodynamika
Fyzici z Univerzity v Augsburgu a Inštitútu Paula Scherrera objavujú koexistenciu tekutých a zmrazených spinov v magnetických spojeniach pod vysokým tlakom.
Základné stavebné prvky magnetických materiálov, takzvané spiny, môžu nadobúdať rôzne stavy, ktoré sa analogicky k agregovaným stavom často označujú ako pevné (kryštalické) alebo plynné (neusporiadané). Intermediárne stavy zatočenia, ktoré by zodpovedali medzistavom kvapaliny, by boli obzvlášť zaujímavé, ale doteraz sa ťažko preukázali. Vedci z katedry experimentálnej fyziky v Augsburgu VI/EKM vo „Physical Review Letters“ informujú o prvom experimentálnom dôkaze zmiešaného kvapalného a zmrazeného spinového stavu, ktorý dokázali realizovať pod vysokým tlakom v zlúčenine β-Li2IrO3.
Upresnením fyzikálneho stavu možno látky všeobecne klasifikovať ako plynné, kvapalné alebo tuhé. Analogické termíny sa tiež používajú na opis správania elementárnych magnetov v pevných látkach, takzvaných „spinov“. Pri vysokých teplotách rotácie neustále menia svoju orientáciu a sú v úplne neusporiadanom, plynnom stave. Analogicky ku kondenzácii a následnému tuhnutiu, keď sú plyny ochladené, môžu rotácie tiež zamrznúť do usporiadaného stavu so stálou orientáciou pri nízkych teplotách. Ak však nie je možné uspokojiť rôzne interakcie medzi spinmi súčasne v pevnej orientácii rotácie - tu sa hovorí o „magnetickej frustrácii“ - teoreticky sa predpokladá, že sa vyvinie tekutina spin, ktorá je stabilná až do najnižších teplôt. Toto je stav, v ktorom sa točenia navzájom ovplyvňujú, ale nepredpokladajú pevné poradie.
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 a P. Prítomnosť Porušenie magnetického poriadku v tlakovej zmesi Kitaev iriduje β-Li2IrO3 Phys. Reverend Lett. 120, 237202 (2018)
Spôsoby roztočenia tekutiny
Kvapaliny pri odstreďovaní sú veľmi zriedkavé a ťažko sa generujú. Teoreticky boli navrhnuté rôzne prístupy, ale doteraz bolo málo praktických implementácií. V roku 2006 matematický fyzik Alexej Kitaev vytvoril veľmi uznávaný model, ktorý ponúka novú triedu spinových tekutín so zaujímavými vlastnosťami - aj s ohľadom na nové aplikácie v kvantovej informačnej technológii. Odvtedy sa veľa experimentálnych skupín pokúsilo vytvoriť „Kitaevovu spinovú tekutinu“. Aj keď v súčasnosti existuje množstvo zlúčenín, ktoré vykazujú magnetickú interakciu závislú od smeru postulovanú Kitaevom, nebolo možné nepochybne dokázať stav Kitaevovej spinovej tekutiny. To je spôsobené skutočnosťou, že v skutočnosti ďalšie interakcie, ktoré nie sú obsiahnuté v modeli, uprednostňujú stav pevnej rotácie.
Pokusy pod tlakom
Augsburský tím teraz dosiahol dôležitý prielom vyvíjaním tlaku. "Tlak môže selektívne meniť atómové polohy v kryštáli a tým aj ich vzájomné interakcie." Magnetické interakcie sú obzvlášť citlivé na tlak, a preto sú tlakové experimenty na Kitaevových materiáloch obzvlášť vzrušujúce, “hovorí Dr. Alexander Tsirlin, vedúci juniorskej výskumnej skupiny v Centre pre elektronické korelácie a magnetizmus na Augsburgskom fyzikálnom ústave.
Pre experimenty s tlačou bola vybraná zlúčenina p-Li2IrO3, ktorá sa môže vyrábať v Augsburgu vo forme vysoko čistých monokryštálov. Predchádzajúce výskumy už naznačovali prítomnosť Kitaevovej interakcie v tomto materiáli. Za normálneho tlaku však neexistuje žiadna spinová tekutina, ale komplikované magnetické poradie. Tím na čele s Dr. Tsirlin a prof. Dr. Philipp Gegenwart teraz uskutočňoval tlakové experimenty až s 20 000-násobkom atmosférického tlaku, čo zodpovedá enormnému zaťaženiu 20 ton na štvorcový centimeter.
Uskutočnili sa rôzne experimenty. Veľmi kompaktný tlakový článok s vonkajším priemerom menším ako 8 mm bol použitý v Augsburgu na vysoko citlivé merania magnetizácie až do veľmi nízkych teplôt. Ďalšie experimenty sa uskutočnili na inštitúte Paula Scherrera vo Švajčiarsku. V týchto experimentoch bol materiál vzorky vo vnútri tlakovej bunky bombardovaný miónmi, t. J. Kladne nabitými elementárnymi časticami, ktoré nesú spinový moment. Polarizácia miónového spinu je veľmi citlivá sonda lokálnych magnetických polí vo vzorke. Pokusy s miónmi v Inštitúte Paula Scherrera potvrdili potlačenie magnetického rádu v β-Li2IrO3 pod vysokým tlakom, čo sa už pozorovalo v Augsburgu, čo by mohlo naznačovať vznik spinovej kvapaliny. Na prekvapenie výskumného tímu však podrobné hodnotenie odhalilo, že existuje koexistencia, pravdepodobne na nanometrickej škále, tekutých a zamrznutých oblastí.
Poleva alebo plávajúce ľadové kryhy vyrobené z točení?
Zmrazenie odstredivej kvapaliny môže byť spôsobené nedokonalosťami materiálu, t. J. Poruchami mriežky. Pracovná skupina preto mimoriadne presne preskúmala kryštálovú štruktúru pred, počas a po experimentoch s tlačou. To však neposkytlo nijaké dôkazy o vzniku defektu kryštálu. „Koexistencia tekutých a zmrazených spinových oblastí sa preto javí ako všeobecná vlastnosť β-Li2IrO3 pod vysokým tlakom,“ zhŕňajú súčasné experimenty. Doteraz nebolo pochopené, či sa zamrznuté točenia tvoria v zhlukoch - obdobne ako ľadovce v oceáne - alebo či obklopujú tekuté oblasti, analogicky s tenkou ľadovou plochou mrazivého jazera. "V každom prípade sa fáza pozorovaná pod tlakom líši od predpokladanej Kitaevovej spinovej tekutiny." Je preto potrebné rozšíriť existujúcu teóriu, “uviedol Tsirlin.
Táto spravodajská správa bola vytvorená z materiálu idw-online