Ερευνητές με επικεφαλής τον Πενγκτσένγκ Ντάι από το Πανεπιστήμιο Ράις ανακάλυψαν ότι σε μια χημική ένωση που περιέχει το σπάνιο στοιχείο υττέρβιο, τα κβαντικά σπιν συμπεριφέρονται όπως τα μόρια ενός υγρού κρυστάλλου. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review X, εξηγεί πώς τα σπιν προτιμούν μια συγκεκριμένη κατεύθυνση χωρίς να ευθυγραμμίζονται πλήρως για να δημιουργήσουν μαγνητισμό σε μεγάλη κλίμακα.
Μια ενδιάμεση κατάσταση της ύλης
Στους συνηθισμένους μαγνήτες, τα σπιν ευθυγραμμίζονται δημιουργώντας συνολική μαγνήτιση, η οποία καταρρέει πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Η ερευνητική ομάδα εξέτασε αν η ένωση YbMnBi2 φιλοξενεί μια ενδιάμεση κατάσταση «νηματικού σπιν». Σε αυτή την κατάσταση, τα σπιν μοιράζονται μια προτιμώμενη κατεύθυνση χωρίς να σχηματίζουν πλήρη μαγνητική τάξη, γεγονός που προκαλεί ισχυρή εκτροπή των ηλεκτρικών και θερμικών ρευμάτων υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου.
Πειράματα με δέσμες νετρονίων
Για να διερευνήσουν το φαινόμενο, οι επιστήμονες διοχέτευσαν δέσμες νετρονίων σε κρυστάλλους της ένωσης. Μετρώντας τη σκέδαση των νετρονίων σε διαφορετικές θερμοκρασίες, διαπίστωσαν ότι τα σπιν του μαγγανίου άρχισαν να διακυμαίνονται εντονότερα σε ορισμένες κατευθύνσεις ήδη από τους 400 Κέλβιν, πολύ πριν εμφανιστεί η μαγνητική τάξη στους 290 Κέλβιν. Μια παρόμοια ένωση με ασβέστιο στη θέση του υττερβίου δεν παρουσίασε αυτή τη συμπεριφορά.
Προοπτικές για τη σπιντρονική
Η κατάσταση αυτή προκύπτει επειδή τα βαρέα άτομα υττερβίου συνδέουν στενά την κίνηση των ηλεκτρονίων με τα σπιν τους, δημιουργώντας μια στρεβλή διάταξη που εκτρέπει τα ηλεκτρόνια. Το ευρήμα αυτό ανοίγει δρόμους για την τεχνολογία της σπιντρονικής, η οποία μεταφέρει πληροφορίες μέσω του σπιν αντί του ηλεκτρικού φορτίου. Επειδή το φαινόμενο εμφανίζεται σε θερμοκρασία δωματίου και χωρίς μαγνητική τάξη, κρίνεται ιδιαίτερα υποσχόμενο για πρακτικές εφαρμογές.
