Bethe strenge eksperimentelt observeret

For halvfems år siden, fysikeren Hans Bethe postulerede, at usædvanlige mønstre, såkaldte Bethe-strenge, forekommer i visse magnetiske faste stoffer. Nu, Det er lykkedes et internationalt hold eksperimentelt at opdage sådanne Bethe-strenge for første gang. De brugte neutronspredningsforsøg på forskellige neutronanlæg, inklusive den unikke højfeltsmagnet fra BER II på HZB. De eksperimentelle data er i glimrende overensstemmelse med den teoretiske forudsigelse af Bethe, og bevise endnu en gang kvantefysikkens magt.

Det regelmæssige arrangement af atomer i en krystal tillader komplekse interaktioner, der kan føre til nye stoftilstande. Nogle krystaller har magnetiske vekselvirkninger i kun én dimension, dvs. de er magnetisk endimensionelle. Hvis, ud over, successive magnetiske momenter peger i modsatte retninger, krystallen består af en endimensionel antiferromagnet. Hans Bethe beskrev første gang dette system teoretisk i 1931, også forudsige tilstedeværelsen af ​​excitationer af strenge af to eller flere på hinanden følgende øjeblikke, der peger i én retning, såkaldte Bethe-strenge.

Imidlertid, disse strengtilstande kunne ikke observeres under normale eksperimentelle forhold, fordi de er ustabile og sløret af systemets andre funktioner. Tricket, der bruges i dette papir, er at isolere strengene ved at anvende et magnetfelt.

Nu, et internationalt samarbejde omkring HZB-fysikeren Bella Lake og hendes kollega Anup Bera var for første gang i stand til eksperimentelt at identificere og karakterisere Bethe-strenge i et rigtigt fast stof. Holdet lavede krystaller af SrCo ₂ V ₂ O ₈ , som er en modelsystem en-dimensionel antiferromagnet. Kun koboltatomerne har magnetiske momenter, de er alle justeret i én retning, og tilstødende øjeblikke ophæver hinanden.

Ved neutronkilden i Berlin BER II, det var muligt at undersøge prøven med neutroner under ekstremt høje magnetiske felter op til 25,9 Tesla. Ud fra data, fysikerne opnåede et fasediagram af prøven som funktion af magnetfeltet, og også yderligere information om de interne magnetiske mønstre, som kunne sammenlignes med ideen om Bethe, der blev kvantificeret af en teoretisk gruppe ledet af Jianda Wu.

"De eksperimentelle data er i fremragende overensstemmelse med teorien, " siger prof. Bella Lake. "Vi var i stand til klart at identificere to og endda tre kæder af Bethe-strenge og bestemme deres energiafhængighed. Disse resultater viser os endnu en gang, hvor fantastisk godt kvantefysik fungerer."