Спин течност објашњава енигматични квантни феномен

Кад се распаднете, оно што припада заједно

Метал са особитим својствима: На таквом узорку једињења иттербија, родијума и силицијума, истраживачи Института Мак Планцк за хемијску физику чврстоће проучавају електронске и магнетне прелазе. Узорак је фиксиран лепком и испоручен је електричним проводницима за мерења. © МПИ за хемијску физику чврстих тела
читају наглас

Чак и квантни физичари воле да схвате своју материју у живописним сликама - и тада изнова и изнова утврђују да чак и софистицирани модели често пропадају. Управо таква идеја је сада открила истраживаче Мака Планцка превише једноставним. Открили су да се два квантна феномена у датом материјалу не подударају толико директно као што то сугерира модел који је тренутно омиљен.

Према томе, у одређеним материјалима би требало да се формира антиферромагнетни ред ако се знатан део електрона реструктуира на веома ниским температурама. Појаве би требале скоро да припадају заједно, попут кључале воде и кондензоване водене паре - догађај посматран са две стране.

Међутим, према резултатима физичара Института Мак Планцк за хемијску физику чврстих тела, два квантна ефекта очигледно се не примењују - бар не за намерно контаминирана једињења итербијума ретко земљаних метала родијумом и силицијумом. Пропаст у објашњавању могла би затворити ново квантно стање - спиновалну течност, тврде истраживачи у часопису Натуре Пхисицс.

Истражују се фазни прелази близу апсолутне нуле

Да ли вода кључа или се кондензира битно зависи од температуре, тј. Како се брзо молекули крећу. Ово се такође односи на питање да ли се гвожђе понаша магнетно или не: Изнад температуре Цурие, која је за гвожђе 768 степени Целзијуса, честице се претерано крећу услед високе температуре, као што се врти, она као што сићушни магнет бар може замислити, уредно поравнати.

"Насупрот томе, сматрамо фазне прелазе близу апсолутне нуле температуре, када кретање честица више није важно", објашњава Стеффен Виртх. Као фазни прелаз, физичари се односе када твар промени свој изглед или понашање, на пример када се из течности промени у паре или постане магнетна. дисплеј

Примењују се закони квантне механике

Такви фазни прелази подлежу законима квантне механике близу апсолутне нуле, односно на минус 273, 15 степени Целзијуса. Уместо кретања честица, њихова квантна својства одређују њихову интеракцију на овим температурама. На пример, понашање електрона одређује се само магнетном и електричном силом између њих. А истраживачи не укључују температуру као у кипућој води да би проучили фазни прелаз по свом избору. Уместо тога, они мењају магнетно поље, на пример, којим излажу своје тестне супстанце да би покренули прелазе.

Увек нова изненађења

На Институту Мак Планцк за хемијску физику чврстих тела истраживачи већ неко време истражују метално једињење иттербија, родијума и силицијума, што им непрестано пружа нова изненађења. До сада су физичари претпоставили да су антиферромагнетни фазни прелази који се јављају у магнетном пољу и преуређивање електронских физичара повезани са преструктурирањем Фермијеве површине - у металним материјалима при апсолутној нули температуре.

И они су такође имали прилично добру представу о томе шта се дешава: У антиферромагнетном фазном прелазу, спинови одређених електрона - такозвани ф-електрони, на које не утичу хемијске везе и због тога производе магнетизам - распоређују се у погодан антипарални материјал: У најједноставнијем случају леже попут сићушних магнетних врпци, увек наизменично, са својим северним и јужним половом.

„Упаковани“ бар-магнети

То што се спинови електрона могу сами организирати на тај начин довели су физичаре назад у реструктурирање важног дијела електрона у металу. При врло ниским температурама, Кондо интеракција се прекида под одређеним околностима. Ово спречава спинове ф-електрона да се осећају. Јер спољни електрони проводљивости, који такође носе електричну струју, штите магнетне силе у интеракцији Кондо. На слици магнетне траке то је некако спаковано и тако делује неефикасно.

Вахрсцхеинлицх. Идеја да су та два процеса увек испреплетена, вероватно се више не можемо држати ", каже Франк Стеглицх, који води дело. Он и његови сарадници овај закључак извлаче из запажања о горе поменутој легури родијума племенитих метала, силицијума и ретри земље метала - ретке земље поседују ф-електроне који нису хемијски везани и један током целе игре Заузмите главну улогу. Физичари из Дрездена баве се овом легуром већ неко време, јер укључује егзотичне електронске и магнетне појаве.

Магнетни и електронски фазни прелаз не одвијају се заједно

Али материјал није пружио ново изненађење све док истраживачи нису укључили још један вијак: променили су притисак под којим су проучавали фазни прелаз. Не физички притисак, већ хемијски. Једноставно цепање комада њихове легуре неће дати корисне резултате. Такође такав део не можете једноставно проширити.

Због тога су истраживачи део родијума у ​​својој легури заменили кобалтом. Њени компактни атоми смањили су структуру легуре итербија као да је под високим притиском. У супротном случају, они су се помешали са једињењем иридијума, чији волуминозни атоми су проширили структуру, стварајући тако негативан притисак.

У оба случаја магнетни и електронски фазни прелаз више не долазе заједно. Под високим притиском, Кондо интеракција, тј. Заштита магнетних ф-електрона спољним проводним електронима, пропада само када су бар неки од ф-електрона већ наручени антиферромагнетно.

Ново квантно стање

"То се не уклапа у нашу претходну идеју о процесима", каже Свен Фриедеманн, који је обавио многа мерења: "Али још увек можемо да објаснимо да антиферромагнетну интеракцију носе, на пример, други електрони, него што је заштита Кондо ефектом, У овом случају говорили бисмо о различитим Фермијевим површинама одговорним за поједине појаве. Могло би се замислити и непотпуно оклопно заштитно поље. "

У другом случају, с негативним притиском, немају такво објашњење. "Штит се урушава и још увек не постоји антиферромагнетски поредак", каже Виртх. Али ф-електрони морају нешто да ураде - имајте на уму, а да покрет не игра неку улогу. "Претпостављамо да постоји ново квантно стање", каже Виртх: "Ово би можда могло бити спиновна течност."

Неред доминира

Као иу класичној течности, ред се формира у непосредној близини центрифуге - чак и у води, молекули формирају препознатљиве структуре - али на већим даљинама поремећај доминира.

"Шта се тачно тамо дешава, још увек не знамо", каже Стеглиц: "Овде су потребна разнолика и прецизна мерења да би се темељно истражила ова појава. Истовремено, теоретичари траже да нам помогну да рашчистимо овај потенцијално нови феномен. "

(МПГ, 07.07.2009 - ДЛО)