Sarmal fononlar paramanyetik bir malzemeyi mıknatısa dönüştürür - Fizik Dünyası

Sarmal fononlar paramanyetik bir malzemeyi mıknatısa dönüştürür - Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 15 Ocak 2024 4:00

Sanatçının dairesel polarize terahertz ışık darbeleri tarafından uyarılan kiral fononlara dair izlenimi
Döndürme etkileri: Dairesel polarize terahertz ışık darbeleri tarafından uyarılan kiral fononlar, seryum florürde ultra hızlı mıknatıslanma üretir. Flor iyonları (kırmızı, fuşya), dairesel polarize terahertz ışık darbeleri (sarı spiral) ile harekete geçirilir; burada kırmızı, kiral fonon modunda en büyük harekete sahip iyonları belirtir. Seryum iyonu deniz mavisi ile temsil edilir. Pusula iğnesi dönen atomların neden olduğu mıknatıslanmayı temsil eder. (Nezaket: Mario Norton ve Jiaming Luo/Rice Üniversitesi)

Bir malzemenin atomik kafesi titreştiğinde, fononlar veya kuantize edilmiş ses dalgaları olarak bilinen yarı parçacıklar üretir. Bazı malzemelerde, kafesin tirbuşon şeklinde titreştirilmesi bu fononları kiral hale getirecek, yani onları üreten titreşimin "el kullanımını" üstlenecekler. Şimdi ABD'deki Rice Üniversitesi'ndeki araştırmacılar bu kiral fononların başka bir etkiye sahip olduğunu keşfettiler: Malzemeyi manyetik hale getirebiliyorlar. Bu bulgu, doğal olarak oluşan malzemelerde bulunması zor olan özelliklerin ortaya çıkarılmasında kullanılabilir.

Bulunması zor olan bu özelliklerden biri, elektronların zamanın tersine çevrilmesi simetrisinin ihlaliyle ilgilidir. Temelde, zamanın tersine çevrilmesi simetrisi, elektronların bir malzemede ileri veya geri hareket etmelerine bakılmaksızın aynı şekilde davranması gerektiğini ima eder. Bu simetriyi bozmanın en yaygın yolu, malzemeyi manyetik alana yerleştirmektir ancak bazı olası uygulamalar için bu pratik değildir.

Daha önce, atomların kristal kafeslerinde elektronların zamanın tersine çevrilmesi simetrisini etkilemek için çok az ve çok yavaş hareket ettiği düşünülüyordu. Ancak yeni çalışmada, Rice'ın liderliğindeki bir ekip Hanyu Zhu Atomlar kafesteki ortalama konumları etrafında saniyede yaklaşık 10 trilyon devir hızla döndüklerinde, ortaya çıkan spiral şekilli titreşimlerin (kiral fononlar) elektronların zamanın tersine çevrilmesi simetrisini kırdığını ve onlara tercih edilen bir zaman yönü verdiğini buldu.

Ekip üyesi şöyle açıklıyor: "Her elektron, malzemeye gömülü küçük bir pusula iğnesi gibi davranan ve yerel manyetik alana tepki veren bir manyetik dönüşe sahiptir." Boris Yakupson. “Sol ve sağ ellerin üst üste binmeden birbirini yansıtması nedeniyle el tercihi olarak da adlandırılan kiralite, elektronların dönüş enerjilerini etkilememelidir. Ancak bu örnekte atomik kafesin kiral hareketi, sanki büyük bir manyetik alan uygulanmış gibi malzemenin içindeki dönüşleri polarize ediyor."

Zhu, bu etkili manyetik alanın büyüklüğünün yaklaşık 1 Tesla olduğunu ve bu durumun onu en güçlü kalıcı mıknatısların ürettiği alanla karşılaştırılabilir hale getirdiğini ekliyor.

Bir atom kafesinin hareketini sağlamak

Araştırmacılar, bir atom kafesinin spiral bir düzende hareketini sağlamak için dönen bir elektrik alanı kullandılar. Bunu, doğal olarak paramanyetik olan, nadir toprak trihalojenürü olan seryum florür adı verilen bir malzemede yaptılar; bu, elektronlarının dönüşlerinin normalde rastgele yönlendirildiği anlamına geliyor. Daha sonra, bir prob olarak kısa bir ışık darbesi kullanarak malzemedeki elektronik dönüşü izlediler ve elektrik alanını uyguladıktan sonra ışığı değişen zaman gecikmeleriyle numuneye ateşlediler. Prob ışığının polarizasyonu dönüş yönüne göre değişir.

Zhu, "Elektrik alanı gittiğinde atomların dönmeye devam ettiğini ve elektronik dönüşün atomların dönme yönüne göre hizalanmaya devam ettiğini bulduk" diye açıklıyor. "Elektronların dönme hızını kullanarak, zamanın bir fonksiyonu olarak deneyimledikleri etkili manyetik alanı hesaplayabiliriz."

Zhu, hesaplanan alanın, ekibin tahrikli atom hareketi ve spin-fonon bağlantısı modellerinden beklenenlerle uyumlu olduğunu söyledi. Fizik dünyası. Bu bağlantı, sabit disklere veri yazma gibi uygulamalarda önemlidir.

Zhu, nadir toprak halojenürlerde hala tam olarak anlaşılamayan spin-fonon eşleşmesine yeni bir ışık tutmanın yanı sıra, bulguların bilim adamlarının ışık veya kuantum dalgalanmaları gibi diğer dış alanlar tarafından tasarlanabilecek malzemeler geliştirmesine olanak sağlayabileceğini söylüyor. "UC Berkeley'deki doktora sonrası çalışmamdan beri, iki boyutlu malzemelerde atomların dönüşünü doğrulamak için ilk zaman çözümlü deneyleri gerçekleştirdiğimizden beri bu olasılığı düşünüyordum" diye açıklıyor. "Bu tür dönme kiral fonon modları birkaç yıl önce tahmin edilmişti ve o zamandan beri şunu merak etmeye devam ettim: kiral hareket elektronik malzemeleri kontrol etmek için kullanılabilir mi?"

Zhu şimdilik çalışmanın ana uygulamalarının temel araştırmalarda yattığını vurguluyor. Ancak şunu da ekliyor: "Uzun vadede, teorik çalışmaların yardımıyla atomik rotasyonu, topolojik süperiletkenlik gibi zamanın tersine çevrilmesini engelleyen ve doğal malzemelerde nadiren bulunan özellikleri geliştirmek için bir 'ayar düğmesi' olarak kullanabiliriz." .

Mevcut çalışmalarını detaylandıran Rice araştırmacıları Bilim, şimdi yöntemlerini diğer malzemeleri keşfetmek ve mıknatıslanmanın ötesindeki özellikleri aramak için uygulamayı umuyoruz.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası