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Aug 20, 2023

물리학자들은 '액체 자기의 적층 팬케이크'를 발견했습니다.

물리학자들은 "액체 자기가 쌓인 팬케이크"를 발견했습니다.

물리학자들은 일부 층을 이룬 나선형 자석의 이상한 전자적 거동을 설명할 수 있는 "액체 자기의 적층된 팬케이크"를 발견했습니다.

연구에 사용된 물질은 추운 온도에서 자성을 띠고 해동되면서 비자성이 됩니다. 아이오와 주립 대학 에임스 국립 연구소의 실험 물리학자 마카리 타나타(Makariy Tanatar)는 층상 헬리자기 결정에서 복잡한 전자적 거동을 발견하고 이 미스터리를 라이스 이론 물리학자 안드리 네비돔스키(Andriy Nevidomskyy)에게 알렸습니다. 안드리 네비돔스키(Andriy Nevidomskyy)는 Tanatar 및 라이스 대학원생이었던 Matthew Butcher와 함께 계산 모델을 만들었습니다. 이는 층상 물질에서 원자와 전자의 양자 상태를 시뮬레이션했습니다.

자성 물질은 예열되어 비자성이 됨에 따라 "해동" 전환을 겪습니다. 연구자들은 헬리자석의 이러한 전이에 대한 수천 개의 몬테카를로 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하고 해빙 중에 물질 내부 원자의 자기 쌍극자가 어떻게 배열되는지 관찰했습니다. 그들의 결과는 Physical Review Letters의 최근 연구에 게재되었습니다.

초미세 수준에서 연구 중인 물질은 노트북의 페이지처럼 쌓인 수천 개의 2D 결정으로 구성됩니다. 각 결정 시트에서 원자는 격자로 배열되어 있으며 물리학자들은 시트 내부와 시트 사이의 양자 상호 작용을 모델링했습니다.

"우리는 얼음 덩어리와 같은 고체를 가열하면 결국 액체가 되고, 더 높은 온도에서는 증발하여 기체가 될 것이라고 생각하는 데 익숙합니다."라고 Nevidomskyy는 말했습니다. , 물리학 및 천문학 부교수이자 Rice Quantum Initiative의 회원입니다. "진정한 의미에서 아무것도 증발하지 않는다는 점을 제외하면 자성 물질에 대해서도 비슷한 비유를 할 수 있습니다.

"수정은 아직 손상되지 않았습니다"라고 그는 말했습니다. "그러나 나침반 바늘과 같은 작은 자기 쌍극자의 배열을 보면 상관된 배열로 시작합니다. 즉, 그들 중 하나가 어느 방향을 가리키는지 안다면 어느 방향을 가리키는지 결정할 수 있습니다. , 격자에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 관계없이 이것이 자기 상태입니다. 우리 비유에서는 고체입니다. 가열함에 따라 쌍극자는 결국 서로에 대해 완전히 독립적이거나 무작위가 됩니다. 이를 상자성 자석이라고 합니다. , 그리고 그것은 가스와 유사합니다."

Nevidomskyy는 물리학자들이 일반적으로 자기 질서가 있거나 없는 물질을 생각한다고 말했습니다.

“고전적인 관점에서 더 나은 비유는 드라이아이스 덩어리일 것입니다.”라고 그는 말했습니다. "그것은 액체상을 잊어버리고 얼음에서 기체로 곧장 이동합니다. 이것이 일반적으로 교과서에서 자기 전이가 나타나는 것과 같습니다. 우리는 강자성체와 같이 상관된 것에서 시작하고 어느 시점에서는 순서 매개변수로 시작한다고 배웁니다. 사라지면 결국 파라자석이 됩니다."

Ames의 초전도 및 자기 저온 연구소의 연구원인 Tanatar는 나선형 자석의 자기 질서에서 무질서로의 전환이 저항과 같은 전자 특성이 방향에 따라 달라지는 일시적인 단계로 표시된다는 징후를 발견했습니다. 예를 들어 위에서 아래로 수직으로 측정한 것이 아니라 좌우로 수평으로 측정한 경우에는 다를 수 있습니다. 물리학자들이 이방성이라고 부르는 이러한 방향성 거동은 고온 초전도체와 같은 많은 양자 물질의 특징입니다.

Nevidomskyy는 "이러한 적층 재료는 수직 및 수평 방향에서 동일하게 보이지 않습니다."라고 말했습니다. "그것이 바로 이방성입니다. Makariy의 직관은 이방성이 물질에서 자성이 녹는 방식에 영향을 미친다는 것이었고, 우리의 모델링은 그것이 사실임을 입증하고 왜 그런 일이 일어나는지 보여주었습니다."

이 모델은 물질이 자기 질서에서 무질서로 전환되면서 중간 단계를 통과한다는 것을 보여주었습니다. 해당 단계에서 쌍극자 상호 작용은 시트 사이보다 시트 내에서 훨씬 더 강력합니다. 더욱이, 쌍극자 사이의 상관관계는 고체가 아닌 액체의 상관관계와 유사했습니다. 그 결과는 "팬케이크처럼 쌓여 있는 평평한 자성 액체 웅덩이"라고 Nevidomskyy는 말했습니다. 웅덩이 모양의 팬케이크에서 쌍극자는 대략 같은 방향을 가리키지만 방향 감각은 인접한 팬케이크마다 다릅니다.