Tarian atom menimbulkan magnet

10 Nov 2023 (Berita Nanowerk) Material kuantum memegang kunci masa depan sistem informasi secepat kilat dan hemat energi. Masalah dalam memanfaatkan potensi transformatifnya adalah, dalam padatan, banyaknya atom sering kali menghilangkan sifat kuantum eksotik yang dimiliki elektron. Peneliti Rice University di laboratorium bahan kuantum ilmuwan Hanyu Zhu menemukan bahwa ketika mereka bergerak dalam lingkaran, atom juga dapat melakukan keajaiban: Ketika kisi atom dalam kristal tanah jarang dianimasikan dengan getaran berbentuk pembuka botol yang dikenal sebagai fonon kiral, kristal diubah menjadi magnet.

Pengambilan Kunci

Bahan kuantum, khususnya cerium fluorida, dapat dimagnetisasi sementara melalui penyelarasan putaran elektron yang diinduksi fonon kiral, tanpa memerlukan medan magnet yang kuat.

Peneliti dari Rice University menemukan bahwa pergerakan kiral kisi atom pada material ini mempengaruhi putaran elektron, sebuah efek yang biasanya hanya dicapai dengan medan magnet yang besar.

Efek magnetisasi ini, yang disebabkan oleh pulsa cahaya ultracepat, bertahan lebih lama dari durasi pulsa cahaya dan lebih terasa pada suhu yang lebih rendah.

Penelitian ini menyoroti dampak tak terduga dari gerakan atom terhadap sifat material, menantang asumsi simetri pembalikan waktu dalam perilaku elektron.

Temuan ini berkontribusi pada pemahaman kopling spin-phonon, yang berpotensi membantu penelitian masa depan dalam manipulasi material kuantum dan magnetik melalui medan eksternal seperti cahaya.

[Embedded content]

Penelitian

Menurut sebuah penelitian yang dipublikasikan di Ilmu (“Medan magnet efektif yang besar dari fonon kiral di halida tanah jarang”), memaparkan cerium fluorida pada gelombang cahaya ultracepat membuat atom-atomnya membentuk tarian yang untuk sesaat mengumpulkan putaran elektron, menyebabkannya sejajar dengan rotasi atom. Penyelarasan ini memerlukan medan magnet yang kuat untuk mengaktifkannya, karena cerium fluorida secara alami bersifat paramagnetik dengan putaran yang berorientasi acak bahkan pada suhu nol. “Setiap elektron memiliki putaran magnet yang bertindak seperti jarum kompas kecil yang tertanam di dalam material, bereaksi terhadap medan magnet lokal,” kata ilmuwan material Rice dan rekan penulis Boris Yakobson. “Khiralitas ⎯ juga disebut wenangan karena cara tangan kiri dan kanan mencerminkan satu sama lain tanpa saling tumpang tindih ⎯ tidak boleh mempengaruhi energi putaran elektron. Namun dalam contoh ini, pergerakan kiral kisi atom mempolarisasi putaran di dalam material seolah-olah ada medan magnet besar yang diterapkan.” Meskipun berumur pendek, gaya yang menyelaraskan putaran melebihi durasi pulsa cahaya dengan selisih yang signifikan. Karena atom hanya berotasi pada frekuensi tertentu dan bergerak lebih lama pada suhu yang lebih rendah, pengukuran tambahan yang bergantung pada frekuensi dan suhu semakin menegaskan bahwa magnetisasi terjadi sebagai hasil dari tarian kiral kolektif atom. “Efek gerakan atom terhadap elektron sangat mengejutkan karena elektron jauh lebih ringan dan lebih cepat dibandingkan atom,” kata Zhu, Ketua William Marsh Rice dari Rice dan asisten profesor ilmu material dan rekayasa nano. “Elektron biasanya dapat segera beradaptasi dengan posisi atom baru, melupakan lintasan sebelumnya. Sifat material akan tetap tidak berubah jika atom bergerak searah atau berlawanan arah jarum jam, yaitu bergerak maju atau mundur dalam waktu ⎯ sebuah fenomena yang oleh para fisikawan disebut sebagai simetri pembalikan waktu.” Gagasan bahwa gerakan kolektif atom mematahkan simetri pembalikan waktu masih relatif baru. Fonon kiral kini telah dibuktikan secara eksperimental pada beberapa material berbeda, tetapi bagaimana pengaruhnya terhadap sifat material masih belum dipahami dengan baik. “Kami ingin mengukur secara kuantitatif pengaruh fonon kiral terhadap sifat listrik, optik, dan magnet suatu material,” kata Zhu. “Karena spin mengacu pada rotasi elektron sedangkan fonon menggambarkan rotasi atom, terdapat harapan naif bahwa keduanya dapat berkomunikasi satu sama lain. Jadi kami memutuskan untuk fokus pada fenomena menarik yang disebut kopling spin-phonon.” Kopling spin-phonon memainkan peran penting dalam aplikasi dunia nyata seperti menulis data pada hard disk. Awal tahun ini, kelompok Zhu mendemonstrasikan contoh baru penggandengan spin-fonon dalam lapisan molekul tunggal dengan atom yang bergerak secara linier dan berputar dengan gemetar. Dalam eksperimen baru mereka, Zhu dan anggota tim harus menemukan cara untuk menggerakkan kisi atom agar bergerak secara kiral. Hal ini mengharuskan mereka memilih bahan yang tepat dan menciptakan cahaya pada frekuensi yang tepat untuk membuat kisi atomnya berputar dengan bantuan perhitungan teoretis dari para kolaborator. “Tidak ada sumber cahaya yang tersedia untuk frekuensi fonon kita sekitar 10 terahertz,” jelas Jiaming Luo, seorang mahasiswa pascasarjana fisika terapan dan penulis utama studi tersebut. “Kami menciptakan pulsa cahaya dengan mencampurkan cahaya inframerah yang kuat dan memutar medan listrik untuk 'berbicara' dengan fonon kiral. Selain itu, kami mengambil dua pulsa cahaya inframerah untuk memantau putaran dan gerakan atom.” Selain wawasan tentang kopling spin-phonon yang diperoleh dari temuan penelitian, desain dan pengaturan eksperimental akan membantu menginformasikan penelitian masa depan tentang material magnetik dan kuantum. “Kami berharap pengukuran medan magnet secara kuantitatif dari fonon kiral dapat membantu kami mengembangkan protokol eksperimen untuk mempelajari fisika baru dalam material dinamis,” kata Zhu.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64035.php