Forskere afslører mystisk og unik adfærd i et kvantemagnetisk materiale
I den mystiske verden af kvantematerialer opfører tingene sig ikke altid, som vi forventer. Disse materialer har unikke egenskaber styret af kvantemekanikkens regler, hvilket ofte betyder, at de kan udføre opgaver på måder, som traditionelle materialer ikke kan – som at lede elektricitet uden tab – eller have magnetiske egenskaber, der kan vise sig nyttige i avancerede teknologier.
Nogle kvantematerialer har små magnetiske bølger kaldet magnoner, der løber gennem dem, som opfører sig på forvirrende måder. At forstå magnoner hjælper os med at låse op for hemmeligheder om, hvordan magneter fungerer på et mikroskopisk niveau, hvilket er afgørende for den næste generation af elektronik og computere.
Forskere har studeret, hvordan disse magnoner virker under stærke magnetfelter, og de troede, at de vidste, hvad de kunne forvente - indtil nu. I en ny undersøgelse i Nature Communications , har forskere ledet af Henrik Rønnow og Frédéric Mila ved EPFL afsløret en ny, uventet adfærd i kvantematerialet strontiumkobberborat, SrCu2 (BO3 )2 . Undersøgelsen udfordrer vores nuværende forståelse af kvantefysik, men antyder også spændende muligheder for fremtidige teknologier.
Det eneste spil i byen
Men hvorfor dette materiale? Specifikationerne er ret tekniske, men SrCu2 (BO3 )2 er vigtig inden for kvantematerialer, fordi det er det eneste kendte eksempel fra den virkelige verden på "Shastry-Sutherland-modellen", en teoretisk ramme til forståelse af strukturer, hvor arrangementet og vekselvirkningerne mellem atomer forhindrer dem i at sætte sig i en enkel, ordnet tilstand .
Disse strukturer er kendt som "meget frustrerede gitter" og giver ofte kvantematerialet kompleks, usædvanlig adfærd og egenskaber. Så den unikke struktur af SrCu2 (BO3 )2 gør det til en ideel kandidat til at studere komplekse kvantefænomener og overgange.
Neutronspredning og massive magnetfelter
At studere magnonerne i SrCu2 (BO3 )2 , brugte forskerne en teknik kaldet neutronspredning. I det væsentlige affyrede de neutroner mod materialet og målte deres afbøjninger fra det. Neutronspredning er særlig effektiv til at studere magnetiske materialer, da neutroner, som er neutrale ladede, kan dechifrere magnetisme uden at blive forstyrret af ladningen af elektroner og kerner i materialet.
Dette arbejde blev udført på højfelts neutronspredningsanlæg i Helmholtz-Zentrum Berlin, som var i stand til at sondere felter op til 25,9 Tesla, hvilket gør dette til et hidtil uset niveau af magnetfeltstudier, der gjorde det muligt for forskerne at observere magnonernes adfærd direkte.
De kombinerede derefter dataene med "cylinder matrix-product-states"-beregninger, en kraftfuld beregningsmetode, der hjalp med at bekræfte de eksperimentelle observationer fra neutronspredningen og forstå materialets todimensionelle kvanteadfærd.
Det kræver to at tango
Den unikke tilgang afslørede noget overraskende:I stedet for at opføre sig som enkelte, uafhængige enheder – som forventet – parrede materialets magnoner sig og dannede "bundne tilstande" – som at danne par til dans i stedet for at gå solo.
Denne usædvanlige parring fører til en ny, uventet kvantetilstand, der har implikationer for materialets egenskaber:den "spin-nematiske fase." Tænk på det som magneter på et køleskab:Normalt peger de mod nord eller syd (det er spindet), men denne nye fase handler ikke om den retning, de peger mod, men snarere hvordan de flugter med hinanden, hvilket skaber et unikt mønster.
Denne opdagelse afslører en adfærd i magnetiske materialer, som aldrig er set før. Denne afsløring af en skjult regel i kvantefysikken kan føre os til nye måder at bruge magnetiske materialer til kvanteteknologier, som vi ikke engang har tænkt på endnu.
Flere oplysninger: Ellen Fogh et al., Feltinduceret bundet tilstandskondensation og spinnematisk fase i SrCu2 (BO3 )2 afsløret ved neutronspredning op til 25,9 T, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44115-z
Leveret af Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Sidste artikelLyser på de skjulte egenskaber ved kvantematerialer
Næste artikelNyt design forbedrer vanddekontaminering via plasmastråle
Varme artikler
-
Den første observation af en stabil torus af væskers resonansfrekvenserSet ovenfra af mønsteret observeret på den ydre periferi af en kviksølvring udsat for vibrationer. Antallet af lapper stiger med frekvensen af vibrationen (henholdsvis fra venstre mod højre, fra top -
Første skridt mod fotonisk kvante netværkIllustration af en fotonpistol. En kvantepunkt (det gule symbol) udsender en foton (rød bølgepakke) ad gangen. Kvantepunktet er indlejret i en fotonisk krystalstruktur, som opnås ved ætsning af huller -
Fysikere afdækker den topologiske oprindelse af overfladeelektromagnetiske bølgerKredit:CC0 Public Domain I arbejde, der giver indsigt i flere områder af bølgefysik, herunder Maxwell elektromagnetisme, topologiske kvantetilstande, og plasmonik/metamaterialer, forskere har vist -
Verdens første primære standard udviklet til molekylær strålebehandlingDen nye primære standard. Kredit:National Physical Laboratory Forskere ved National Physical Laboratory (NPL) har udviklet verdens første primære standard for molekylær strålebehandling (MRT) for
- Kunstig intelligens for bedre computergrafik
- Temperaturens virkninger på vandets pH
- Ny undersøgelse afslører almindeligt bordsalt kan have været afgørende for livets oprindelse
- Undersøgelse viser, at førere af prangende biler er mindre tilbøjelige til at give efter for fodg…
- Væk i et røgpust:52.000 kvadratkilometer langt uforbrændt australsk levested er forsvundet på 40…
- Komasker? Landbrugsvirksomhed forsøger metanabsorberende bærbar enhed