Nauka
Sada čitate
Otkrivena nova vrsta magnetizma
0

Razrađujući svoje ranije teorijske pretpostavke, istraživači sa Tehnološkog instituta  u Masačusetsu (Massachusetts Institute of Technology – MIT) uspešno su eksperimentalno demonstrirali postojanje fundamentalno novog načina magnetnog ponašanja, drugačijeg u odnosu na prethodna dva poznata stanja magnetizma.

Prvi tip je feromagnetizam za koji se zna već vekovima i na njemu se recimo baziraju jednostavni šipkasti magneti i igla kompasa. Drugi tip magnetizma je antiferomagnetizam, kod kojeg se magnetna polja jona unutar metala ili legure poništavaju međusobno. U oba slučaja, materijali postaju namagnetisani samo ako se ohlade ispod određene granične temperature. Predviđanje i otkriće antiferomagnetizma, koji predstavlja osnovu glava za čitanje na današnjim računarskim harad diskovima, donelo je 1970. Nobelovu nagradu za fiziku Luisu Nilu (Louis Neel), a 1994. i bivšem profesoru sa MIT-a Klifordu Šalu (Clifford Shull).

Sada su naučnici sa MIT-a predstavili treće fundamentalno stanje magnetizma, nazvano tečni kvantni spin (Quantum Spin Liquid – QSL). QSL je u formi čvrstog kristala, međutim njegovo magnetno stanje se opisuje kao tečno – za razliku od do sada znana dva stanja magnetizma, ovde magnetna orijentacija individualnih čestica konstantno fluktuira, podsećajući na kretanje molekula u pravoj tečnosti. Ne postoji statički raspored magnetnih orijentacija, poznat kao magnetni moment, unutar materijala, kako objašnjava profesor Jang Li (Young Lee) sa MIT-a, „Ali postoji jaka interakcija među njima, a zbog kvantnih efekata nisu ukočeni na jednom mestu.“

Koncept QSL-a prvi je predložio Filip Anderson (Philip Anderson) još 1987. koji je smatrao da ovo stanje može odgovarati super-provodnicima na visokim temperaturama. Međutim, eksperimentalno dokazivanje koncepta pokazalo se izuzetno teško i komplikovano, pa je tek u poslednjih par godina napravljen značajniji napredak.

Naučnici sa MIT-a koristili su mineral herbertsmitit, a za dobijanje dovoljno velikog komada čistog kristala trebalo im je čitavih 10 meseci. To im je konačno uspelo prošle godine i od tada su radili na eksperimentalnom dokazivanju da je herbertsmitit zaista QSL. Tokom eksperimenata tim naučnika došao je do nekih zanimljivih otkrića. Potvrdili su recimo kontroverznu teoriju frakcionog pobuđivanja (fractionalized excitation) koju su predlagali pojedini teoretičari – dok većina materije ima diskretna kvantna stanja čije se promene opisuju celim brojevima, kod QSL-a se pojavljuju frakciona kvantna stanja (koja se opisuju razlomcima). U stvari, istraživači su otkrili da ova pobuđena stanja, nazvana spinoni, formiraju kontinuum.

Kako bi izmerili ovo stanje, istraživači su koristili tehniku rasejanih neutrona i neutronski spektrometar iz Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (National Institute of Standards and Technology – NIST) u Geitersburgu (Gaithersburg). Rezultati merenja, kako Li ističe, predstavljaju „snažan dokaz frakcionalizacije“ stanja spinova. „To je fundamentalno teorijsko predviđanje za tečni spin koji smo videli na veoma jasan i detaljan način po prvi put.“

Na ovoj slici mogu se videti magnetni efekti unutar Herbertsmitit kristala, gde zelena boja predstavlja područja na kojima su neutroni više rasejani. Skeniranje tipičnog visoko-uređenog magnetnog materijala pokazuje samo izilovane zelene tačkice, dok se kod neuređenog materijala pojavljuje uniformna boja preko celog uzorka. Međustanje koje se ovde uočava predstavlja postojanje reda unutar haosa i implicira neobične magnetne efekte tečnog spina.

Da bi ovo fundamentalno istraživanje dobilo i neki praktičan značaj proteći će još puno vremena. Međutim, istraživači sa MIT-a smatraju da će njihov rad dovesti do značajnih proboja u sferi skladištenja podataka i komunikacijama – možda kroz upotrebu egzotičnog kvantnog fenomena poznatog kao dalekometno uplitanje, kod kojeg dve udaljene čestice mogu momentalno da utiču na promenu međusobnih stanja. Otkriće QSL-a može uticati i na dalja istraživanja super-provodnika na visokim temperaturama.

Priredio: Bojan Živojinović

Ostavite reakciju

5 + twenty =