Az atomtánc mágnest kelt

Az atomtánc mágnest kelt

Időbélyeg: 10. november 2023. 11:24
Forrás csomópont: 2969976
10. november 2023. (Nanowerk News) A kvantumanyagok jelentik a kulcsot a villámgyors, energiahatékony információs rendszerek jövőjéhez. Transzformációs potenciáljuk kihasználásával az a probléma, hogy szilárd testekben az atomok nagy száma gyakran elnyomja az elektronok által hordozott egzotikus kvantumtulajdonságokat. A Rice Egyetem kutatói Hanyu Zhu kvantumanyag-kutató laboratóriumában arra a következtetésre jutottak, hogy amikor körben mozognak, az atomok is csodákra képesek: amikor egy ritkaföldfém-kristály atomrácsát egy dugóhúzó-alakú, királis fononként ismert vibráció élénkíti, a kristály mágnessé alakul.

Kulcs elvezetések

  • A kvantumanyagok, különösen a cérium-fluorid, királis fononok által indukált elektron spin-illesztéssel ideiglenesen mágnesezhetők, megkerülve az erős mágneses tér szükségességét.
  • A Rice Egyetem kutatói felfedezték, hogy ezekben az anyagokban az atomrácsok királis mozgása befolyásolja az elektron spineket, ez a hatás általában csak nagy mágneses mezőkkel érhető el.
  • Ez az ultragyors fényimpulzusok által kiváltott mágnesezési hatás meghaladja a fényimpulzus időtartamát, és alacsonyabb hőmérsékleten még hangsúlyosabb.
  • A kutatás rávilágít az atomi mozgásnak az anyag tulajdonságaira gyakorolt ​​váratlan hatására, megkérdőjelezve az elektronok viselkedésében az idő-visszafordítás szimmetriájának feltételezését.
  • Az eredmények hozzájárulnak a spin-fonon csatolás megértéséhez, potenciálisan elősegítve a jövőbeni kutatásokat a kvantum- és mágneses anyagok külső mezőkön, például fényen keresztül történő manipulálásával kapcsolatban.

    • [Beágyazott tartalmat]

    A kutatás

    A XNUMX - ban közzétett tanulmány szerint Tudomány ("Nagy effektív mágneses mezők királis fononokból ritkaföldfém-halogenidekben"), ha a cérium-fluoridot ultragyors fényimpulzusoknak tesszük ki, az atomjai táncba lendülnek, ami egy pillanatra bevonja az elektronok spinjeit, és az atomok forgásához igazodik. Ez az igazítás egyébként erős mágneses mezőt igényelne az aktiváláshoz, mivel a cérium-fluorid természetesen paramágneses, véletlenszerűen orientált forgásokkal még nulla hőmérsékleten is. "Minden elektron rendelkezik egy mágneses spinnel, amely úgy működik, mint egy apró iránytű, amely az anyagba van ágyazva, és reagál a helyi mágneses térre" - mondta a Rice anyagtudósa és társszerzője, Boris Yakobson. „A kiralitást ⎯ kezességnek is nevezik, mivel a bal és a jobb kéz tükrözi egymást anélkül, hogy egymásra rakhatóak lennének ⎯ nem befolyásolhatja az elektronok spinjének energiáit. De ebben az esetben az atomrács királis mozgása polarizálja az anyag belsejében lévő spineket, mintha nagy mágneses mezőt alkalmaznának. Bár rövid életű, a pörgéseket összehangoló erő jelentős mértékben túlmutat a fényimpulzus időtartamán. Mivel az atomok csak meghatározott frekvenciákon forognak, és alacsonyabb hőmérsékleten hosszabb ideig mozognak, további frekvencia- és hőmérséklet-függő mérések tovább erősítik, hogy az atomok kollektív királis táncának eredményeként a mágnesezés megtörténik. „Az atommozgások elektronokra gyakorolt ​​hatása meglepő, mivel az elektronok sokkal könnyebbek és gyorsabbak, mint az atomok” – mondta Zhu, Rice William Marsh Rice Tanszéke, az anyagtudomány és a nanomérnöki adjunktusa. „Az elektronok általában azonnal képesek alkalmazkodni egy új atomi pozícióhoz, elfelejtve korábbi pályájukat. Az anyagok tulajdonságai változatlanok maradnának, ha az atomok az óramutató járásával megegyezően vagy ellentétes irányban haladnának, azaz előre vagy hátra haladnának az időben – ezt a jelenséget a fizikusok idő-visszafordítási szimmetriának nevezik. Az az elképzelés, hogy az atomok kollektív mozgása megtöri az idő-visszaváltási szimmetriát, viszonylag újkeletű. A királis fononokat mostanra kísérletileg demonstrálták néhány különböző anyagban, de nem teljesen ismert, hogy pontosan hogyan befolyásolják az anyag tulajdonságait. "Kvantitatívan meg akartuk mérni a királis fononok hatását az anyag elektromos, optikai és mágneses tulajdonságaira" - mondta Zhu. „Mivel a spin az elektronok forgására utal, míg a fononok az atomi forgást írják le, naiv az a várakozás, hogy a kettő beszélhet egymással. Ezért úgy döntöttünk, hogy a spin-fonon csatolásnak nevezett lenyűgöző jelenségre összpontosítunk.” A spin-fonon csatolás fontos szerepet játszik az olyan valós alkalmazásokban, mint például az adatok merevlemezre írása. Az év elején Zhu csoportja bemutatta a spin-fonon csatolás új példáját egyetlen molekuláris rétegben, ahol az atomok lineárisan mozognak és forognak. Új kísérleteik során Zhu-nak és a csapattagoknak meg kellett találniuk a módját, hogy egy atomrácsot királis mozgásra késztessenek. Ehhez egyrészt a megfelelő anyag kiválasztására, másrészt arra, hogy megfelelő frekvenciájú fényt hozzanak létre, hogy a munkatársak elméleti számításai segítségével örvénybe küldjék az atomrácsot. „Nincs kész fényforrás a körülbelül 10 terahertzes fononfrekvenciánkhoz” – magyarázta Jiaming Luo, egy alkalmazott fizika végzős hallgatója és a tanulmány vezető szerzője. „Fényimpulzusainkat intenzív infravörös fények keverésével és az elektromos mező elcsavarásával hoztuk létre, hogy „beszéljünk” a királis fononokkal. Ezenkívül további két infravörös fényimpulzust vettünk a spin és az atom mozgásának megfigyelésére. A kutatási eredményekből származó, a spin-fonon csatolásba való betekintésen túl a kísérleti tervezés és beállítás segítséget nyújt a mágneses és kvantum anyagokkal kapcsolatos jövőbeli kutatásokhoz. "Reméljük, hogy a királis fononok mágneses mezőjének kvantitatív mérése segíthet kísérleti protokollok kidolgozásában a dinamikus anyagok újszerű fizikának tanulmányozására" - mondta Zhu.

    Időbélyeg:

    Még több Nanowerk