Știri despre lichide semicongelate din fizică
Sănătos pentru Marte
Arborele genealogic al Căii Lactee
Control complet integrat al nanodiamantelor
Un pic mai aproape de soare
Distanțe față de stele
Ceea ce face strălucirea stelelor
Stradă cu sens unic pentru electroni
Sute de exemplare ale lui Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica găsite într-un nou număr
Experimentele de laborator ar putea rezolva puzzle-uri despre luna lui Marte Phobos
Lichid de centrifugare semicongelat
Știri Physik din 06/11/2018 Termodinamică
Fizicienii de la Universitatea din Augsburg și Institutul Paul Scherrer descoperă coexistența rotirilor lichide și înghețate în conexiuni magnetice sub presiune ridicată.
Blocurile elementare ale materialelor magnetice, așa-numitele rotiri, pot presupune stări diferite, care sunt adesea denumite solide (cristaline) sau gazoase (dezordonate) în analogie cu stările agregate. Stările intermediare de rotire, care ar corespunde stărilor intermediare ale unui lichid, ar fi de un interes deosebit, dar până acum au fost dovedite cu greu. Cercetătorii de la Catedra Augsburg pentru Fizică Experimentală VI/EKM raportează în „Physical Review Letters” despre primele dovezi experimentale ale unei stări mixte de lichid și spin congelat, pe care au putut să o realizeze sub presiune ridicată în compusul β-Li2IrO3.
Prin specificarea stării fizice, substanțele pot fi clasificate în general ca gazoase, lichide sau solide. Termeni analogi sunt, de asemenea, folosiți pentru a descrie comportamentul magneților elementari în solide, așa-numitele „rotiri”. La temperaturi ridicate, rotirile își schimbă constant orientarea și se află într-o stare complet dezordonată, gazoasă. Analog cu condensarea și solidificarea ulterioară atunci când gazele sunt răcite, rotirile pot îngheța și într-o stare ordonată cu o orientare fixă la temperaturi scăzute. Dacă, totuși, interacțiuni diferite între rotiri nu pot fi satisfăcute în același timp într-o orientare fixă a rotirii - se vorbește aici de „frustrare magnetică” - se prezice teoretic că se va dezvolta un fluid de rotire stabil până la cele mai scăzute temperaturi. Aceasta este o stare în care rotirile interacționează între ele, dar nu presupun o ordine fixă.
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 și P. Prezență Defalcare a ordinii magnetice în Kitaev sub presiune iridată β-Li2IrO3 Phys. Pr. Lett. 120, 237202 (2018)
Modalități de rotire a fluidului
Fluidele de centrifugare sunt foarte rare și greu de generat. Teoretic, au fost propuse diverse abordări, dar până acum au existat puține implementări practice. În 2006, fizicianul matematic Alexei Kitaev a conceput un model mult remarcat, care oferă o nouă clasă de fluide spin cu proprietăți interesante - de asemenea, în ceea ce privește aplicațiile noi în tehnologia informației cuantice. De atunci, numeroase grupuri experimentale au încercat să creeze un „fluid de rotire Kitaev”. Deși există acum o serie de compuși care prezintă interacțiunea magnetică dependentă de direcție postulată de Kitaev, starea fluidului de spin Kitaev nu a putut fi dovedită fără îndoială. Acest lucru se datorează faptului că, în realitate, interacțiunile suplimentare care nu sunt conținute în model favorizează o stare de spin fixă.
Experimente sub presiune
Echipa Augsburg a realizat acum o descoperire importantă prin aplicarea presiunii. „Presiunea poate schimba selectiv pozițiile atomice din cristal și, astfel, interacțiunile lor reciproce. Interacțiunile magnetice sunt deosebit de sensibile la presiune, motiv pentru care experimentele de presiune pe materialele Kitaev sunt deosebit de interesante ”, spune Dr. Alexander Tsirlin, lider al grupului de cercetare junior la Centrul pentru corelații electronice și magnetism de la Augsburg Physics Institute.
Compusul β-Li2IrO3, care poate fi produs în Augsburg sub formă de monocristale foarte pure, a fost selectat pentru experimentele de tipărire. Cercetările anterioare au indicat deja prezența interacțiunii Kitaev în acest material. Cu toate acestea, la presiune normală nu există lichid de rotire, ci o ordine magnetică complicată. Echipa condusă de Dr. Tsirlin și prof. Dr. Philipp Gegenwart a efectuat acum experimente de presiune de până la 20.000 de ori presiunea atmosferică, ceea ce corespunde unei sarcini enorme de 20 de tone pe centimetru pătrat.
Au fost efectuate diferite experimente. O celulă de presiune foarte compactă cu un diametru exterior mai mic de 8 mm a fost utilizată la Augsburg pentru măsurători foarte sensibile ale magnetizării până la temperaturi foarte scăzute. Alte experimente au fost efectuate la Institutul Paul Scherrer din Elveția. În aceste experimente, materialul eșantion din interiorul unei celule de presiune a fost bombardat cu muoni, adică particule elementare încărcate pozitiv care poartă un moment de rotire. Polarizarea spinului muonului este o sondă foarte sensibilă a câmpurilor magnetice locale din materialul eșantion. Experimentele cu muoni de la Institutul Paul Scherrer au confirmat suprimarea ordinii magnetice în β-Li2IrO3 sub presiune ridicată, care a fost deja observată în Augsburg, ceea ce ar putea indica formarea unui lichid rotativ. Cu toate acestea, spre surprinderea echipei de cercetare, analiza detaliată a relevat că există o coexistență, probabil la o scară nanometrică, a zonelor lichide și înghețate.
Gheață sau aisberguri plutitoare făcute din rotiri?
Congelarea unui lichid de centrifugare poate fi cauzată de imperfecțiuni ale materialului, adică de defecte de rețea. Prin urmare, grupul de lucru a examinat structura cristalină extrem de precis înainte, în timpul și după experimentele de tipărire. Cu toate acestea, acest lucru nu a dat nicio dovadă a formării defectelor de cristal. „Coexistența regiunilor de centrifugare lichide și congelate pare a fi, așadar, o proprietate generală a β-Li2IrO3 sub presiune ridicată”, rezumă prezentele experimente. Până în prezent, nu s-a înțeles dacă rotirile înghețate se formează în aglomerări - analog cu aisbergurile din ocean - sau dacă înconjoară zone lichide, analog cu suprafața subțire de gheață a unui lac înghețat. „În orice caz, faza observată sub presiune este diferită de lichidul de rotire anticipat Kitaev. Prin urmare, teoria existentă trebuie extinsă ”, a spus Tsirlin.
Acest raport de știri a fost creat cu material de la idw-online