Çin, Fransa ve Avustralya'daki araştırmacılar, maddenin spin süperkatı adı verilen egzotik bir kuantum durumuna ilişkin yeni kanıtlar buldular. Üçgen atomik kafes yapısına sahip antiferromanyetik bir malzemede yapılan keşif, temel fizikte bir atılımı temsil ediyor ve aynı zamanda malzeme aynı zamanda dev bir manyetokalorik etki gösterdiğinden sıvı helyum gerektirmeyen yeni soğutma tekniklerinin geliştirilmesine de yardımcı olabilir.

Adından da anlaşılacağı gibi süper katılar, bileşen parçacıkları kristal bir kafes (katı gibi) halinde düzenlenmiş olsa bile sürtünme olmadan (süper akışkan gibi) akan malzemelerdir. Bu nedenle, bu malzemeler iki sürekli simetriyi kırar: kristal düzenden dolayı öteleme değişmezliği; ve malzemenin sürtünmesiz akışından dolayı ölçü simetrisi.

Teorisyenler 1960'larda kuantum katılarda süper katıların mobil bozonik boşluklar olarak adlandırılan, yani tamsayı spin değerlerine sahip atomlar kristal kafes içinde hareket ederken geride bırakılan boşluklara sahip olması gerektiğini öngördüler. 1980'lerden başlayarak deneysel araştırmalar, süperakışkan helyum-4'te süperkatılığın meydana gelebileceğine dair ipuçlarına odaklandı. 2004 yılında ABD'deki Pensilvanya Eyalet Üniversitesi'ndeki fizikçiler bu materyalde süperkatılık olduğuna dair kanıtlar bildirdiler. Ancak aynı araştırmacıların daha ileri incelemeleri yanıldıklarını ortaya çıkardıve onların gözlemleri şunlar olabilir: başka şekillerde anlatıldı.

Daha yeni deneyler tek yönde uzatılan dipolar kuantum gazlarının normal Bose-Einstein yoğunlaşmasından (BEC) süper katı özelliklere sahip bir duruma faz geçişine uğrayabileceğini göstermiştir. Dipolar gazlardaki atomlar büyük manyetik momentlere sahiptir ve bu sistemlerde süperkatılığın oluşmasını sağlayan şey aralarındaki etkileşimlerdir.

Kanıt katmanları

Araştırmacılar öncülüğünde çete su at Çin Bilimler Akademisi Üniversitesi (CAS) Pekin'de şimdi, Na kimyasal formülüne sahip, yakın zamanda sentezlenmiş bir antiferromıknatıs içinde bir süperkatı maddenin kuantum manyetik analoğunu bulduklarını söylüyorlar₂BaCo(PO₄)₂. NBCP olarak bilinen bu bileşik aynı zamanda devasa bir manyetokalorik etki de sergiliyor; bu, harici bir manyetik alan uygulandığında ve kaldırıldığında önemli ölçüde ısınıp soğuduğu anlamına geliyor.

Su ve meslektaşları Wei Li arasında Teorik Fizik Enstitüsü, CAS; Junsen Xiang ve Peijie Güneş itibaren Fizik Enstitüsü, CAS; Ve Wentao Jin at Beihang Üniversitesi manyetokalorik ölçümlerini 1 K'nin altındaki sıcaklıklarda gerçekleştirdiler. Deneysel verileri ile süper katı kuantum faz geçişlerine ilişkin teorik hesaplamalar arasındaki mükemmel uyum, onları yeni bir spin süper katı gözlemlediklerine ikna etmeye yardımcı oldu.

Daha fazla doğrulama, yüksek kaliteli NBCP numuneleri üzerinde nötron kırınım deneyleri yaparak elde ettikleri mikroskobik kanıtlardan geldi. Institut Laue-Langevin Fransa'da ve Avustralya Nükleer Bilim ve Teknoloji Organizasyonu. Su, "Kırınım zirveleri, düzlem içi üç alt örgü düzenini, katı düzeni ve düzlem dışı yönde ölçülemezliği ortaya çıkardı" diyor. "İkincisi, boşluksuz Goldstone modlarının (bozonlarda bir tür simetri kırılması) varlığıyla ilişkilendirilebilir ve bu nedenle bileşikte spin süper akışkanlığının varlığını destekler."

Maddenin yeni bir kuantum durumu ve yeni bir soğutma mekanizması

CAS ekibi NBCP'yi incelemeyi seçti çünkü güçlü düşük enerjili spin dalgalanmaları sergiliyor ve bu da olası bir kuantum spin sıvısı durumuna işaret ediyor. Aynı zamanda bir antiferromıknatıstır, yani paralel elektron dönüşlerine sahip olan geleneksel ferromıknatısların aksine, elektron dönüşleri birbirine antiparalel olarak hizalanma eğilimindedir. Bu anti-hizalanma, dönüşler arasında güçlü etkileşimlere yol açar.

Ekip üyelerinden birinin NBCP'de bir spin süperkatısının var olabileceğini öne sürmesinin ardından Li ve Gang, deneyci meslektaşları Xiang, Jin ve Sun'a bileşikte yeni kuantum spin durumlarını aramanın mümkün olup olmadığını sordu. Li, "Maddenin yeni kuantum durumunu, süperkatı dönüşünü gözlemlediler ve gözlemlediler" diye anımsıyor.

Bu keşif, maddenin yeni bir kuantum durumunu ortaya çıkarmanın yanı sıra, yeni helyum içermeyen Kelvin altı soğutma yöntemlerine de yol açabilir. Li, bunların diğerlerinin yanı sıra malzeme bilimi, kuantum teknolojisi ve uzay uygulamaları için oldukça rağbet gördüğünü söylüyor Fizik dünyası.

Li, malzemeleri birkaç Kelvin sıcaklığına kadar soğutmanın şu anda iki ana yolu olduğunu açıklıyor. Birincisi, 4.15 K'nin altındaki sıcaklıklarda sıvı hale gelen helyumu kullanmaktır. İkincisi ise, uygulanan manyetik alanın etkisi altında bazı malzemelerin sıcaklığı değiştirdiği manyetokalorik etkiden yararlanmaktır. Her iki tekniğin de dezavantajları vardır: helyum kıttır ve bu nedenle pahalıdır; manyetokalorik soğutma için kullanılan özel sınıftaki bileşikler (hidratlı paramanyetik tuzlar olarak bilinir) düşük manyetik entropi yoğunluğuna, zayıf kimyasal stabiliteye ve düşük termal iletkenliğe sahiptir. Ancak Li, yeni keşfedilen spin süperkatısındaki dev manyetokalorik etkinin, düşük enerjilerdeki kolektif spin uyarımlarından yararlanarak "bu dezavantajların etkili bir şekilde üstesinden gelebileceğini" iddia ediyor.

Diğer spin süper katılarını aramak

Araştırmacılar şimdi NBCP'deki spin süper sağlamlığı için ek dinamik kanıtlar elde etmeye çalışıyorlar. Bu amaçla Jin, spin süperakışkan düzeniyle ilişkili Goldstone modlarını araştırmak için esnek olmayan nötron saçılımı ölçümleri yaptıklarını söylüyor. Ayrıca bulgularını daha da güçlendirmek için polarize nötron kırınım deneyleri yapmayı planlıyorlar.

Son olarak ekip, ek spin süperkatı hallerini veya diğer egzotik spin durumlarını belirlemek amacıyla diğer üçgen kafes bileşiklerini araştırıyor. Su, "Bunu yaparak, maddenin bu ilgi çekici kuantum evrelerine yol açan temel fiziksel olayları daha iyi anlamayı umuyoruz" diyor.

Mevcut çalışmaları ayrıntılı olarak Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/spin-supersolid-appears-in-a-quantum-antiferromagnet/