Okinawa Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: Okinava Elm və Texnologiya İnstitutu

Bütün elementar hissəciklər ciddi şəkildə nizamlanmış fizika qanunlarına tabe olduğu göründüyü halda, kainatımız niyə nizamsızlıqla doludur? Bəs nizamsızlığın və zahiri xaosun arxasında təşkilatlanma prinsipləri varmı?

Bu fundamental sualları öyrənməyin bir yolu spinlərin toplanmasıdır: elektronların yuxarı və ya aşağı istiqamətli kiçik çubuq maqnitləri kimi davranmasını təmin edən kvant xüsusiyyəti. Qonşu spinlər müvafiq olaraq ferromaqnitlərdə və antiferromaqnitlərdə olduğu kimi ya paralel (yuxarı-yuxarı), ya da antiparalel (yuxarı-aşağı-yuxarı-aşağı) düzülür. Bu sadə qaydalar dəsti spin sistemlərini nizamın yaranmasını öyrənmək üçün çox cəlbedici edir.

Lakin, spin nəzəriyyəsi yaxşı qurulmuş olsa da, spin pozğunluğunu müşahidə etmək üçün maddi şərait yaratmaq olduqca çətin olduğu sübut edilmişdir. Fiziklər spin pozğunluğunu göstərən ekzotik materiallar yarada bilsələr də, materiallar daxilində nizamdan nizamsızlığa doğru təkamülü izləmək təmiz bir başlanğıc nöqtəsinin olmaması səbəbindən çətinlik çəkmişdir.

Matter jurnalında dərc olunmuş yeni bir araşdırmada , Okinava Elm və Texnologiya İnstitutunun (OIST) Elektron və Kvant Maqnetizm Bölməsinin tədqiqatçıları, kimyəvi pozğunluq tədricən ortaya çıxdıqca, yaxşı nizamlanmış antiferromaqnit kristalda spin təşkilatının təkamülünü uğurla izləyiblər.

Komanda ekzotik maqnetizmi öyrənmək üçün yalnız standartları yüksəltməyib, həm də əvvəllər nəzəri fizika ilə materialşünaslıq arasında fundamental bir əlaqəni təmsil edən sözdə spin şüşəsinin eksperimental olaraq təsdiqlənmiş tərifini təklif edib.

Baş müəllif professor Yejun Feng deyir: “Fiziklər əlli ildən çoxdur ki, spin pozğunluğuna filə kor adamlar kimi yanaşırlar. Biz fili doğuşdan böyütdük və onun həyat tarixini izlədik. Bu, bizə yeddi il çəkdi, amma inanırıq ki, metodologiyamız həm klassik, həm də kvant fizikasında gələcək kəşflər üçün yol açacaq.”Sink ferritində dəmir (Fe) konsentrasiyası qallium (Ga) ilə kristal doplama yolu ilə azaldıqca nizam və spin-şüşənin birgə təkamülü, maqnit həssaslığı (Tx) və istilik tutumu (Tc) vasitəsilə qiymətləndirilir. Ən təmiz kristallarda antiferromaqnit (uzun mənzilli) nizam (firuzəyi bölgə) nümayiş olunur və bu nizam qısa mənzilli nizam ələ keçirənə qədər kəskin şəkildə azalır. Təəccüblüdür ki, qısa mənzilli nizamın ilkin düşməsi zamanı spin-şüşə davranışı (boz bölgə) ortaya çıxır ki, bu da nə qısa, nə də uzun mənzilli nizamın spin-şüşə ilə nəticələnmədiyini göstərir. Müəllif: Dronova və başqaları.

Məyusedici maqnetizm, kimyəvi pozğunluq və donmuş fırlanma

Maqnitlərdə nizam, spinlərin fəzada korrelyasiya dərəcəsini təsvir edir. Adi ferromaqnitləri və antiferromaqnitləri xarakterizə edən uzun mənzilli nizam, material boyunca spin qarşılıqlı təsirlərinin hizalanması ilə xarakterizə olunur. Uzun mənzilli nizamın olmaması tam təsadüfilik demək deyil; Qısa mənzilli nizam, lokal korrelyasiyaların mövcud olduğu yerlərdə davam edə bilər, lakin daha uzun miqyaslara çatmadan əvvəl çürüyə bilər. Klassik və kvant spin mayeləri də daxil olmaqla, əlavə maraqlı maqnit vəziyyətlərinin mövcud olduğu göstərilmişdir. Bu ekzotik materiallar kainatı daha yaxşı başa düşmək üçün uzun müddətdir öyrənilib.

Nizamsız vəziyyətlər ya kimyəvi çirklənmədən, ya da maqnit pozğunluğundan yarana bilər, ikincisi isə rəqabət aparan ferromaqnit və antiferromaqnit qarşılıqlı təsirlərinin eyni vaxtda təmin edilə bilmədiyi vəziyyətlərə aiddir. Kvant spinli mayelərdə bu pozğunluq, hətta sıfıra yaxın temperaturda belə spinləri davamlı dalğalanmada saxlayır və bir konkret konfiqurasiyaya donmadan qısa mənzilli ardıcıllığı qoruyur. Bu keyfiyyət onları kvant hesablama tətbiqləri üçün potensial namizəd edir və məlumat əldə edilənə qədər kvant vəziyyətində saxlanılır.

Ənənəvi olaraq, spin eynəkləri korrelyasiya olunmuş, lakin eyni zamanda pozulmuş bir faza kimi konsepsiyalaşdırılırdı, burada kritik temperaturun altında spinlər nizamsız vəziyyətə düşür və klassik spin mayelərinin dəyişkən xaosunu mahiyyətcə dondurur. Bu, onları spin pozğunluğunun düzülüşünü daha ümumi şəkildə öyrənmək üçün xüsusilə maraqlı etmişdir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Spin eynəkləri müstəqil fırlanmalardan yaranır

Spin eynəklərinin nəzəri təbiəti yaxşı müəyyən edilmiş və əsas riyaziyyat zülal qatlanmasından neyron şəbəkələrinə qədər müxtəlif sahələrdə irəliləyişlərə rəhbərlik etsə də, onların varlığı, quruluşu, material xüsusiyyətləri və spin pozğunluq dərəcələri ilə bağlı suallar səbəbindən onların eksperimental reallaşması qeyri-müəyyən olaraq qalmışdır.

Problemi həll etmək üçün komanda geniş şəkildə araşdırılsa da, həm spin mayesi, həm də spin şüşəsi kimi xarakterizə edilən sink ferritini seçdi. İllərdir təkmilləşdirilən bu kristal misli görünməmiş dərəcədə aşağı səviyyədə pozğunluğa malik təmiz sink ferrit kristalı yetişdirdi – lakin tədqiqat yalnız burada başladı.Tədqiqat üçün yetişdirilən sink ferrit şpineli. Müəllif: Margarita Dronova (OIST)

“Sink ferrit keçmişdə bir çox ziddiyyətlər yaratmışdır. Həm spin mayelərində, həm də stəkanlarda müşahidə olunan ekzotik maqnetizmin əlamətlərini göstərir ki, bu da qısa mənzilli nizam üçün xarakterikdir. Lakin təmizləndikdən sonra o, uzun mənzilli nizamlı sadə bir antiferromaqnet kimi davrandı”, – deyə OIST-də beş illik doktorluq layihəsi hazırkı işdə kulminasiya nöqtəsinə çatan Dr. Marqarita Dronova xatırlayır. “Başqa sözlə, spin təşkili kimyəvi təmizliklə dəyişirmiş kimi görünürdü. Bu, bizə spin təşkili səviyyəsini idarə edə biləcəyimizi göstərirdi.”

Növbəti bir neçə il ərzində komanda kristalları yalnız dəmir sahələrində tətbiq olunan kimyəvi pozğunluq forması kimi artan miqdarda qallium ionları ilə diqqətlə aşqarladı. Nəticədə yaranan spin təşkili neytron maqnit diffuz səpələnməsini, maqnit həssaslığını və istilik tutumunu ölçməklə qeydə alındı. Müxtəlif qatılıq səviyyələri üzrə çarpaz istinad ölçmələrini müqayisə etməklə tədqiqatçılar spin pozğunluğunun təkamülünü qrafik şəkildə qura bildilər və məlum oldu ki, spin şüşəsinin tərifini eksperimental baxımdan aydınlaşdırdılar.

“Antiferromaqnit vəziyyətini istinad olaraq istifadə edərək, kristalları aşqarladıqca uzun mənzilli nizamın qısa mənzilli nizamla necə rəqabət apardığını izləyə bildik. Lakin eyni zamanda əvvəlki təriflərin əksinə olaraq, spin-şüşə davranışının qısa mənzilli nizamdan asılı olmayaraq ortaya çıxdığını da görə bildik. Korrelyasiya olunmuş spinlər klasterlərinin əmələ gəlməsindən əvvəl spin-şüşə tək, korrelyasiya olunmayan spinlərdən yaranırdı”, – deyə Feng bildirir.

Bu yenidən təsnifat spin eynəklərinin empirik tədqiqatlarını şərh etmək üçün zəruri kontekst təmin edir. Daha geniş şəkildə desək, metodologiya kvant spin mayelərinə daha möhkəm bir yanaşma təmin edir.

Dronova yekunlaşdırır: “Maddənin ekzotik fazalarını həqiqətən anlamaq üçün təməl xəttin dərin bir hissi lazımdır. Bu tədqiqatla geniş şəkildə öyrənilən bir material üzərində güclü bir təməl qurduq və bu da bizə spin eynəklərinin tərifini inamla yeniləməyə imkan verdi. Ümid edirəm ki, bu, nəzəriyyə ilə təcrübə arasındakı boşluğu aradan qaldırmağa kömək edəcək və digər maraqlı materialların gələcək tədqiqatlarına istiqamət verəcək.”

Nəşr detalları

Margarita G. Dronova və digərləri, Spin şüşəsi ilə qısa mənzilli nizam arasında zaman və məkan ayrılıqları, Materiya (2026). DOI: 10.1016/j.matt.2026.102829 . www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(26)00192-X

Jurnal məlumatı: Məsələ 

Əsas anlayışlar

MaqnetizmKristal sistemlərNizamsız sistemlərMaqnit sistemləriGüclü korrelyasiyalı sistemlər

Okinava Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir