Antiferomagnetinė medžiagos būsena egzistuoja kartu su superlaidine būsena

Mokslininkai seniai bando suprasti šias medžiagos būsenas ir nustatyti ar jos priešinasi, ar padeda atsirasti superlaidumui. Teoretikų ir eksperimentuotojų pagrindinis tikslas yra sukurti superlaidininkus, kurie veiktų kambario temperatūroje. Šis tikslas vis dar yra nepasiektas daugiau kaip trisdešimt metų.

Tarptautinė mokslininkų grupė atspausdino straipsnį „Nature Physics“ žurnale, kuriame parodė, kad antiferomagnetinė medžiagos būsena gali gyvuoti vienu metu su superlaidumu. Tyrime buvo pritaikytos dvi aukšto lygio techninės procedūros, kuriose buvo matuojamas neutronų ir elektronų aktyvumas.

Šis atradimas praplečia ankstesnius grupės gautus įrodymus, kad sukinių sužadinimai vaidina labai svarbų vaidmenį superlaidume, - pasakė vedantysis straipsnio autorius ir Bostono kolegijos profesorius Vidija Madhavanas (Vidya Madhavan). Sukinių sužadinimas yra dinaminiai harmoniniai subatominių dalelių, tokių kaip elektronai, magnetinių momentų virpesiai. Mokslininkai tyrime naudojo neutronų sklaidą bei rastrinį elektroninį mikroskopą siekdami nustatyti ryšį tarp antiferomagnetinės ir superlaidinių būsenų.

Tam tikruose kūnuose antiferomagnetinė būsena susidaro, kai kaimyniniai jonai, kurių kiekvienas neša magnetinį momentą, vadinamą sukiniu, išsidėsto medžiagoje skirtingomis kryptimis. Bendras medžiagos magnetinis momentas yra neutralus, nes atomų ir jonų magnetiniai momentai, nukreipti viena kryptimi, gesina atomų ir jonų magnetinius momentus, nukreiptus priešinga kryptimi.

Madhavanas pasakė, kad visi aukštatemperatūriniai superlaidininkai pasižymi artima antiferomagnetinei būsena. Tačiau iki šiol buvo manoma, kad antiferomagnetizmas pranyksta atsiradus superlaidumui.

Tačiau bandymai atlikti su vario oksido medžiaga, kurioje papildomai buvo pridėta elektronų, parodė, kad teorija, kuri teigė, kad abi medžiagos būsenos viena kitą naikina, nėra teisinga. Gauta, kad antiferomagnetinė medžiagos būsena neišnyksta, kai pasiekiama superlaidinė būsena aukštatemperatūriniuose superlaidininkuose.

„Abi būsenos tarpusavyje konkuruoja, bet ir egzistuoja viena šalia kitos“, - pasakė Madhavanas. Neutronų sklaida ir mikroskopinis tyrimas atskleidė, kad sukinių sužadinimai egzistuoja abejose modose – antiferomagnetinėje ir superlaidinėje. Neutronų sklaida gali tiesiogiai išmatuoti sukinių sužadinimus, o rastrinė elektronų mikroskopija gali įvertinti elektronų elgesį. Abu matavimai kartu rodo egzistuojant sukinių sužadinimus elektronų spektre. Tai reiškia, kad susidaro elektronų poros.

Eksperimentiniai matavimai yra svarbūs, norint geriau suprasti superlaidumą, pasakė Madhavanas. „Šias stipriai koreliuotas medžiagas yra sunku suprasti iš teorinės pusės, kadangi egzistuoja labai daug galimybių, - paaiškino Madhavanas. - Šioje srityje mums labai svarbu tirti medžiagas eksperimentiškai, nes teoriškai ką nors padaryti yra be galo sudėtinga.“ Šie tyrimai dar kartą parodė, kad sukinių sužadinimai yra labai svarbūs aiškinant superlaidumą, pasakė Madhavanas. „Tai mums leidžia geriau suprasti ryšį tarp įvairių medžiagos būsenų.“