結晶の研究により、熱とエネルギーを導く新しい方法が明らかに

研究者らは、磁性結晶内部の振動が 2 つの異なる動きに分かれ、それぞれ独自の磁気信号を伝えることを検出しました。この発見は、熱、音、磁気の間に直接的な物理的つながりがあり、科学者たちが長い間主に分離していると研究してきた 3 つのプロセスを結びつけていることが明らかになりました。水晶内の信号 磁性鉄モリブデン結晶の内部では、サンプルが磁性を帯びた 49 K 未満でのみ明らかな振動が現れました。これらの中性子信号を利用して、南京大学の Song Bao 氏と同僚 (彼女) 振動は単に原子を動かしているだけではないことを示しました。また、磁気反応も持っていましたが、温暖化によってクリスタルの磁気秩序が消去されると、その反応は消えました。このようなカットオフによりケースは異常にきれいになり、どのような種類の振動がこれを引き起こす可能性があるのかというより深い疑問が生じました。キラルの意味物理学者はこれらの振動をフォノンと呼び、固体を通して熱と音を運ぶ集合的な原子運動です。それらのいくつかは小さな円を描いて動き、その円運動はキラリティーと呼ばれ、内蔵された左または右のねじれです。荷電イオンは前後にまっすぐに揺れるのではなく、ループするため、その動きによって微弱な磁気モーメントが発生することがあります。ほとんどの結晶では、その効果はほとんど目に見えないため、磁性材料の直接的な証拠が目立つのです。デュアル信号が見られるで α-HgS そして 石英、光学実験はすでにキラルフォノンが非磁性結晶中に存在することを示していた。論文の中で、「中性子散乱は、キラルフォノンの核散乱断面積と磁気散乱断面積への同時アクセスを提供することにより、強力な代替手段を提供する」とBao氏は書いている。光とは異なり、中性子は原子核と磁気秩序の両方に反応するため、1 回の実験で両方の部分を一緒に追跡できます。そのより広い視野で、チームはアクセス可能ないくつかの点だけではなく、クリスタル全体の効果を追跡しました。なぜこのクリスタルなのかこの結晶は、その格子と磁気の挙動が相互に強く影響するため、チームに異常に敏感な設定を与えました。NJU の研究者や共同研究者らによるこれまでの研究では、磁気が振動運動を劇的に変える可能性があることがすでに示唆されていました。研究者らは亜鉛を加えることにより、結晶を磁性配置に押し込み、その反対のモーメントが完全には相殺されなかった。この選択により、スペクトルの乱雑さが軽減され、新しい信号をより馴染みのあるマグノン、つまり協調した磁気運動の波から分離するのに役立ちました。振動が磁力になる低エネルギーでは、最も明らかな驚きは、いくつかのフォノンが磁気信号自体に寄与し始めたことでした。結晶がキュリー温度（磁気秩序が消える点）を超えると、余分な磁気信号は消えます。一緒に見ると、信号は永続的なノイズではなく、マグノンと格子の動きが一緒に作用することによって生成された特性であることがわかりました。結晶が秩序を失うと、通常の核散乱が再び引き継ぎ、振動の磁気部分は消滅しました。分かれた枝はクリスタルの運動量マップの中心近くで、単一のエネルギーを共有していた 1 つの振動が 2 つの枝に分かれました。磁力はこれらの枝をまとめていた対称性を破壊し、左巻きと右巻きの円運動を分離しました。このギャップはフォノンのエネルギーの約 20% であり、磁気が振動自体を再形成していることを示すのに十分な大きさでした。実験者にとって、このような分割は隠れた対称性の変化を直接測定できるものに変えます。熱とスピンが出会うフォノンは音だけでなく熱も移動させるため、フォノンを磁気制御することでデバイス内のエネルギーの方向を変えることができます。化合物 2017 年には巨大な熱ホール効果も示されました。これは、磁気環境下では熱が横に曲がる可能性があることを意味します。以前の挙動と並んで見られるように、新しい実験はそのような輸送のための直接的な顕微鏡経路を提供する。これらの振動を制御すれば、エネルギーの無駄が少ないデバイスを通じて、磁気の背後にある量子特性である熱やスピンを制御できる日が来るかもしれない。スナップショットではなくマップ実験では、「はい」か「いいえ」の答えで終わるのではなく、結晶内のどこでその挙動が最も強くなるかを追跡しました。著者らは、この研究がブリルアンゾーン全体にわたる真のキラルフォノンからの散乱の最初の完全なマッピングを提供し、フェリ磁性系における磁気的特徴を明らかにしたと報告している。さらに重要なのは、その影響が存在することだけでなく、その影響が方向と勢いに応じて変化する場所をマップが示したことです。このような全体像があれば、理論家はより厳密な目標を得ることができ、実際のメカニズムを魅力的な推測から区別するのに役立つはずです。エンジニアが使用できるもの磁気によって振動を調整できる材料は、電子のスピンと電荷を利用するエレクトロニクスであるスピントロニクスのための新しい部品を提供する可能性があります。エンジニアは原則として、その制御を使用して熱の方向を変えたり、磁気応答をトリガーしたり、特定の周波数をフィルターしたりできます。この結果は、通常の電子機器よりもはるかに寒い条件下で慎重に準備された 1 つの結晶から得られたものであるため、実際のデバイスはまだ遠いです。設計者にとって、その制限は依然として、構造、熱、磁気を接続するコンクリートレバーという珍しいものを残しました。調査結果によって何が変わるのか1 つの結晶の振動が熱と磁気の特徴を運ぶ可能性があることを示したこの研究は、別々に研究されていたいくつかのアイデアを結び付けました。他の磁石での将来のテストでは、その効果がどの程度一般的であるか、そしてその効果が極低温の実験室温度を超えて利用できるかどうかが示されるでしょう。この研究は、 物理的なレビューレター。—–Eric Ralls と Earth.com が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。—– #結晶の研究により熱とエネルギーを導く新しい方法が明らかに