Elektronų sukiniai tiriami neutronų pagalba

Primary tabs

Elektrono sukinį galima įsivaizduoti kaip kompaso rodyklę, rodančią arba šiaurės, arba pietų kryptimi. Dar galima sakyti, jog elektronai yra orientuoti į viršų arba į apačią. Kai kurių elektronų sukiniai užpildytame sluoksnyje būna nukreipti viena, tarkim, viršaus kryptimi, – toks jų išsidėstymas panaikina lygiai to paties skaičiaus žemyn orientuotų elektronų kuriamą elektromagnetinį poveikį.

Elektronų sukinių laukai, kurie yra nepanaikinami priešingos orientacijos sukinių neužpildytuose sluoksniuose, lemia tai, jog kai kurie elementai tampa magnetikais, pavyzdžiui, geležis, nikelis, chromas, vanadis ar retieji žemės elementai. Ouk Ridžo (Oak Ridge) nacionalinėje laboratorijoje (JAV) eksperimentuojama su nauja medžiaga – neutronais apšaudomi Džono Hopkinso (John Hopkins) universiteto Kvantinės medžiagos institute sukurti stroncio chromo oksido (SrCr2O4) kristaliniai milteliai, pasižymintys antiferomagnetinėmis savybėmis.

„Mes tyrinėjame medžiagas, turinčias stipriai koreliuotų elektronų, o tai reiškia, jog tokie elektronai koordinuoja savo judėjimą su artimiausiais kaimynais neatsižvelgdami į vidutinį poveikį, – aiškina Džono Hopkinso universiteto fizikos profesorius Kolinas Broholmas (Collin Broholm). – Kaip socialinį šio reiškinio atitikmenį galima įsivaizduoti oro uoste lūkuriuojančią žmonių minią. Jeigu kiekvienas individas minioje nekreipia dėmesio į tai, kaip kiti žmonės tiksliai atrodo ir koks tikslus jų elgesys, o tiesiog jaučia beveidę minią, mes vadiname šį atsaką vidutinio lauko elgesiu – ir jis nėra labai įdomus“.

„Mus žymiai labiau domina elektronų sukiniai, kurie dėl sąveikų su kitais kaimyniniais elektronais sudaro dinaminius telkinius. Socialinis atitikmuo šiuo atveju būtų savaiminis tam tikros individų grupelės susidarymas, pavyzdžiui, žmonės, pradėję kalbėtis tarpusavyje, kuomet oro uoste buvo paskelbta erzinanti informacija apie skrydžio vėlavimą. Tam, kad suprastume elektronų koreliacijas, mes naudojame neutronus, nes jų magnetiniai momentai labai jautrūs elektronų sukiniams“.

Stroncio chromo oksido kristalinė sandara yra sudaryta iš chromo sluoksnių, kurių viršūnėse išsidėstę deguonies atomai, o pačius chromo sluoksnius skiria stroncio atomai. Tokiuose junginiuose chromo atomus galima perorientuoti į kvadratinius arba trikampius tinklus. Dėl vadinamojo Paulio draudimo principo kiekvieno chromo atomo sukiniai stengiasi išsirikiuoti antilygiagrečiai. Kvadratiniame tinkle nesunku suformuoti tvirtą į viršų ir apačią nukreiptų (juoda/balta) šachmatinės lentos tipo sukinių darinį, kuriame jokie du į viršų orientuoti sukiniai negali būti kaimynai. Vis dėlto SrCr2O4 okside chromo atomai sudaro trikampį tinklą, kuriame į viršų nukreipti sukiniai negali būti taip gražiai atskirti.

„Pabandykite įsivaizduoti trikampę šachmatų lentą ir suprasite, kodėl suyra elektronų sukinių tvarka, nes jums paprasčiausiai neišeis išdėstyti juodų ir baltų trikampių taip, jog du vienodos spalvos trikampiai nebūtų kaimynai, – toliau tęsia K. Broholmas. – Tai neįmanoma. Mums rūpi išsiaiškinti, kuo yra pakeičiamas šachmatų lentos tipo darinys, kuomet mes sujaukiame elektronų sukinius, priversdami juos suformuoti trikampę gardelę. Mūsų ilgalaikis tikslas yra iškraipyto magnetizmo pagrindu sukurtas superlaidumas“.

„Neutronų sklaidos procesas mums suteikia labai svarbios informacijos apie sukinių koreliacijas, kuri būtina norint žengti į priekį, – tęsia profesorius. – Mes nustatome elektronų sukinių išsidėstymą pagal tai, kaip yra išsklaidomi neutronai“.

Kadangi neutronai yra tarsi mažyčiai magnetukai, juos stipriai veikia laike kintantys fliuktuojančių elektronų sukinių kuriami magnetiniai laukai. Šie laukai keičia neutronų energijos ir sklaidos kampų vertes, todėl visą sklaidos reiškiniais užšifruotą informaciją apie elektronų sukinius galima išgauti neutronų detektoriais.

Facebook komentarai: