Akar subatom Magnit's: Studi Bahan High-Tech

Livejurnal69-Dunia modern - dengan mana-mana perangkat elektronik dan tenaga listrik - dapat menelusuri garis keturunan langsung kepada penemuan, kurang dari dua abad yang lalu, dari hubungan antara listrik dan magnet. Tapi sementara insinyur telah dimanfaatkan kekuatan elektromagnetik dalam skala global, fisikawan masih berjuang untuk menggambarkan tarian antara elektron yang menciptakan medan magnet.
Dua fisikawan teoritis dari Rice University yang melaporkan keberhasilan awal di daerah yang dalam Paper dalam Prosiding National Academy of Sciences. konseptual model baru mereka, yang diciptakan untuk mempelajari lebih lanjut tentang quirks kuantum superkonduktor suhu-tinggi dan material berteknologi tinggi lainnya, juga terbukti bermanfaat dalam menggambarkan asal-usul ferromagnetism - magnetisme "sehari-hari" dari kompas jarum dan magnet kulkas .
"Sebagai ahli teori, Anda berusaha untuk memiliki solusi yang tepat, dan meskipun model baru kami adalah murni teoritis, itu tidak menghasilkan hasil yang sesuai dengan apa yang diamati di dunia nyata," kata Rice fisikawan Qimiao Si, para penulis utama kertas. "Dalam hal ini, itu menenteramkan telah merancang sebuah sistem model yang ferromagnetism diperbolehkan."

Ferromagnets adalah apa yang kebanyakan orang anggap sebagai magnet. Mereka bahan secara permanen magnet yang terus menempel di kulkas catatan di seluruh dunia. Para ilmuwan telah lama memahami cara kerja besar-besaran ferromagnets, yang dapat dijelaskan secara teoritis dari perspektif kasar. Tapi pada tingkat, lebih halus - down pada skala atom dan elektron - asal-usul ferromagnetism tetap fuzzy.

"Ketika kami mulai proyek ini, kami menyadari kurangnya mengejutkan kemajuan teoritis yang telah dibuat pada ferromagnetism metalik," kata Si. "Bahkan pertanyaan yang tampaknya sederhana, seperti mengapa sebuah magnet kulkas sehari-hari bentuk dari elektron yang berinteraksi satu sama lain, tidak memiliki jawaban yang ketat."

Si dan minat mahasiswa pascasarjana Seiji Yamamoto dalam dasar-dasar ferromagnetism berasal dari studi tentang materi yang jauh dari biasa.

Si khusus adalah daerah fisika benda terkondensasi yang tumbuh dari penemuan lebih dari 20 tahun yang lalu dari superkonduktivitas suhu tinggi. Pada tahun 2001, Si menawarkan teori baru untuk menjelaskan perilaku dari kelas bahan yang termasuk superkonduktor temperatur tinggi. Kelas ini bahan - dikenal sebagai "kuantum materi berkorelasi" - juga mencakup lebih dari 10 jenis komposit dikenal ferromagnetik.

2001 Si teori dan karya yang kemudian harus bertujuan untuk menjelaskan perilaku eksperimen diamati bahan kuantum-berkorelasi berdasarkan aneh saling berkorelasi antara elektron yang berlangsung di dalamnya. Secara khusus, ia memfokuskan pada efek elektron berkorelasi yang terjadi sebagai bahan pendekatan titik "kuantum kritis, titik" sebuah tip yang sama kuantum perubahan padat-ke-cair mendadak yang terjadi ketika es mencair.

kuantum Titik kritis yang memainkan peran penting dalam superkonduktivitas suhu-tinggi adalah titik tip yang menandai pergeseran untuk antiferromagnetisme, sebuah negara magnet yang memiliki karakteristik yang sangat berbeda dari sub-atomik ferromagnetism. Karena peran kunci dalam superkonduktivitas suhu tinggi, kebanyakan studi di lapangan telah berfokus pada antiferromagnetisme. Sebaliknya, ferromagnetism - bentuk, lebih akrab sehari-hari magnet - telah menerima banyak perhatian kurang teoritis dalam materi kuantum-berkorelasi.

"Jadi pertanyaan awal teoritis kami, 'Apa yang akan terjadi, dalam hal efek elektron berkorelasi, ketika bergerak material feromagnetik melalui salah satu tipping poin kuantum ini?" kata Yamamoto, yang sekarang menjadi peneliti di National pascadoktoral Laboratorium Bidang Magnetik Tinggi di Tallahassee, Florida.

Untuk melakukan percobaan ini berpikir, Si dan Yamamoto menciptakan sistem model yang diimpikan apa yang ada di alam. jumping off point mereka adalah mempelajari fenomena baik dikenal sebagai efek Kondo - yang juga berakar pada efek kuantum magnetik. Berdasarkan apa yang mereka ketahui mengenai efek ini, mereka menciptakan sebuah model kisi Kondo "," jaring halus elektron yang berperilaku seperti yang telah diamati dalam studi Kondo bahan dunia nyata.

Yamamoto Si dan mampu menggunakan model tersebut untuk memberikan jawaban ketat tentang asal-usul halus dari ferromagnetism metalik. Selanjutnya, keadaan feromagnet yang diprediksi oleh model itu ternyata memiliki sifat kuantum yang sangat mirip dengan yang telah diamati dalam eksperimen ferromagnets fermion berat.

"Model ini berguna karena memungkinkan kita untuk memprediksi bagaimana dunia nyata bahan mungkin berperilaku bawah pada keadaan tertentu," kata Yamamoto. "Dan, pada kenyataannya, kita telah dapat menggunakannya untuk menjelaskan pengamatan eksperimental pada logam berat fermion, termasuk baik antiferromagnets serta bahan feromagnetik kurang dipahami dengan baik."