Vi har sonderat magnetiska excitationer av Ba2CoSi2O6Cl2 direkt via oelastiska neutronspridningsmätningar. De fem observerade typerna av magnetisk excitation är dispersionslösa inom upplösningsgränserna, och därför verifieras triplets excitationer att vara lokaliserade. Upphovsman:Tokyo Tech
Förutom fasta ämnen, vätskor och gaser, mer exotiska tillstånd av materia kan genereras i specifika material under speciella förhållanden. Sådana tillstånd är av stort intresse för fysiker eftersom de ger en djupare förståelse av kvantfenomen.
Bose-Einstein-kondensatet är ett sådant tillstånd av tillstånd som uppstår vid mycket låga temperaturer. I detta tillstånd, de flesta av kondensatets bestående partiklar befinner sig i det så kallade "jordtillståndet, "på sin lägsta möjliga energi, och mikroskopiska kvantfenomen kan lätt observeras. Intressant, detta tillstånd kan också uppvisas av kvasipartiklar, som inte är faktiska partiklar men representerar kollektiva mikroskopiska excitationer i ett system och därmed kan användas för att beskriva systemet i en förenklad, men ändå mycket användbart sätt.
Magnoner, en typ av kvasipartikel som manifesteras i magnetiska material, är kollektiva excitationer som härrör från elektroner i en kristall. Magnoner kan normalt hoppa mellan olika platser i kristallen; dock, i vissa föreningar och under påverkan av ett magnetfält, de kan fastna i en slags catch-22 situation, vilket resulterar i stel kristallinitet. Detta är ett mycket intressant kvantefenomen som kallas "magnonkristallisering, "där magnonerna sägs vara i ett" frustrerat "tillstånd.
För att utforska denna speciella effekt, ett team av forskare under ledning av professor Hidekazu Tanaka från Tokyo Tech arbetade med att karakterisera magnetiska excitationer som uppstår i en magnetisk isolator, Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 . De utförde neutronspridningsexperiment, i vilken neutronstrålar avfyrades på Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 kristaller vid olika energier och vinklar för att bestämma kristallernas egenskaper. Baserat på resultaten av dessa experiment, laget demonstrerade att magnonkristallisation sker i Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 och hänförde ursprunget till detta ordnade tillstånd till de grundläggande elektroniska interaktionerna i materialet, ur ett kvantmekaniskt perspektiv. "Tills nyligen, experimentella studier om magnonkristallisering har begränsats till Shastry-Sutherland-föreningen SrCu 2 (BO 3 ) 2 , och denna studie är ett försök att undersöka detta fascinerande kvantfenomen i ett annat material, "säger prof. Tanaka.
Att förstå ordningen av magnoner och deras effekter på de mikro- och makroskopiska magnetiska egenskaperna hos kristaller kan ge forskare värdefull insikt för att korrelera kondenserad fysik med kvantemekanikens principer. "Detta arbete visar att mycket frustrerade kvantmagneter ger lekplatser för interaktion av kvantpartiklar, "avslutar prof. Tanaka. Ytterligare studier krävs för att ytterligare förstå Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 system och få ett djupare fotfäste i kvantmekanik och dess potentiella tillämpningar.