Відкрита нова форма матерії аномальної

Опубликованно 05.04.2018 00:55

Американські фізики з Єльського університету і Національної лабораторії в Лос-Аламосі відкрили особливий металевий сплав, властивості якого нагадують сверхтекучие рідини. Ця речовина є різновидом спінових льодів, всередині якого виникають аналоги квантових вихрів. Стаття вчених опублікована в журналі Nature Physics.

Спіновою льодом називають речовину, в якому орієнтація магнітних моментів заряджених іонів нагадує розташування атомів водню (протонів) у водному льоді. Коли вода замерзає, атоми всередині тетраэдрической комірки кристала розміщуються таким чином, що атом кисню однієї молекули води виявляється оточений чотирма протонами. При цьому два протона виявляються далі за інших, тому що належать двом іншим молекулам води. Аналогічно, в спиновом льоду магнітні моменти двох іонів спрямовані всередину тетраедра, а два інших — назовні. По суті, спінової лід складається з крихітних наномагніти.

Фізики вивчили різновид спінового льоду, утвореної ґратами Шакті. Вона допускає безліч таких конфігурацій магнітних моментів, при яких у клітинках мінімізується енергія взаємодії. Однак частина конфігурацій знаходиться в збудженому стані і їх поява в спиновом льоді неминуче. В результаті відбувається геометрична фрустрація — явище, при якому вся система не може бути повністю заморожена (навіть при абсолютному нулі), оскільки не має єдиного базового стану. Така поведінка характерна для всіх спінових льодів.

У ході дослідження вчені провели фотоэмиссионную електронну мікроскопію спінового льоду (PEEM), виготовленого з пермаллоя — сплаву заліза і нікелю (Ni81Fe19). Опромінення зразка рентгенівськими променями дозволило зареєструвати зміни до магнітних моментах, що відбуваються при зниженні температури. Зразок спінового льоду спочатку охолоджували з 290 кельвінів (K) до 220 К, а потім до 180 К і нижче (1 К дорівнює -272,15 градуса Цельсія).

Хоча інші різновиди спінового льоду при пониженні температури перебудовують свої решітки, щоб досягти мінімально можливого енергетичного стану, виявилося, що решітка Шакті «застряє» на певному рівні. Це відбувається навіть у тому випадку, якщо великомасштабна перебудова системи могла б мінімізувати енергію. Згідно з висновками фізиків, це свідчить про те, що даний спінової лід має глобальним топологічними порядком, а порушення топологічно захищені від розсіювання і зберігаються протягом тривалого часу.

Топологічно впорядковані фази раніше були описані для квантовомеханических систем, які можуть приймати різні стани з однаковою енергією (вироджені стани). Іншими словами, стійкі порушення в решітці Шакті в якомусь сенсі нагадують квантові вихори в надплинні рідинах, які також топологічно захищені чинності виродженість основних станів.Більше важливих новин в Telegram-каналі «Стрічка дня». Підписуйся!

Категория: Наука