Ikke alt er ferromagnetisk i høje magnetiske felter

Høje magnetiske felter har potentiale til at ændre det mikroskopiske arrangement af magnetiske momenter, fordi de overvinder interaktioner, der eksisterer i et nulfelt. Som regel, høje felter, der overstiger en vis kritisk værdi, tvinger momenterne til at flugte i samme retning som feltet, fører til ferromagnetisk arrangement. Imidlertid, en nylig undersøgelse viste, at dette ikke altid er tilfældet. Eksperimenterne fandt sted ved højfeltsmagneten ved HZB's neutronkilde BER II, som genererer et konstant magnetfelt på op til 26 Tesla. Det er omkring 500, 000 gange stærkere end Jordens magnetfelt. Yderligere eksperimenter med pulserende magnetiske felter op til 45 Tesla blev udført på Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Fysikerne undersøgte krystaller af U ₂ Pd ₂ I, som danner en særlig klasse af faste stoffer (Shastry-Sutherland-systemer). Interaktionerne mellem de magnetisk aktive uranatomer er ret komplekse i denne struktur, hovedsagelig på grund af de udvidede 5f orbitaler af de yderste elektroner af uran i et fast stof. Disse 5f elektroner er også bærere af det magnetiske moment i materialet.

Ved at bruge neutrondiffraktion i stærke felter fandt de en usædvanlig kompliceret ikke-kollineært moduleret magnetisk struktur over et kritisk magnetfelt. Den magnetiske enhedscelle er tyve gange større end den krystallografiske enhed, indeholdende 80 magnetiske momenter. En sådan struktur er en konsekvens af konkurrence mellem forskellige stærke interaktioner og det anvendte felt. "Vores resultater er vigtige af to grunde, " Dr. Karel Prokes (HZB) siger. "For det første, de viser, at den feltinducerede fase ikke er ferromagnetisk, og magnetiseringsforøgelsen ved høje felter skyldes sandsynligvis en gradvis rotation af U-momenter mod feltretningen, et fund, der kan være relevant for mange andre systemer; og for det andet, de kan hjælpe med at udvikle mere præcise teorier om 5f-elektronsystemer."