01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Физика
19 октября 2016
Опасные связи: фонон и магнон незаконно спариваются, превращаясь друг в друга
Фононы в алмазе
http://exciting-code.org/beryllium-animate-phonons

Группа исследователей из корейского Института фундаментальных наук в Сеуле заявила об открытии, которое, возможно, перевернет существующие в физике твердого тела представления о взаимодействии двух форм так называемых квазичастиц — имеются в виду фононы и магноны.

Ученые не только пронаблюдали их спаривание, что сегодняшними моделями запрещено, но также разработали новую теоретическую модель подобного спаривания. Эта модель и приведшие к ней экспериментальные наблюдения обсуждаются в статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature Communications.

В природе существует много квазичастиц, и одновременно с этим их нет вообще: они подобны мнимой единице, корню из отрицательного числа, который прочно укоренился в математике. Квазичастицы представляют собой колебания материи, распространяющиеся по веществу и ведущие себя так, как будто вместо них по этому веществу летит реальная частица.

Для кристаллической решетки твердого тела одними из наиболее важных квазичастиц считаются фононы и магноны. Фононы — это колебания атомов или молекул, находящихся в узлах кристаллической решетки, которые волнообразно по этой решетке распространяются. Магноны же представляют собой коллективное возбуждение спинов электронов, волну, которая также распространяется вдоль решетки. Они являются своеобразными компасами вещества и определяют их магнитные характеристики. Согласно существующей спин-волновой теории, колебания, называемые магнонами и фононами, стабильны и не влияют друг на друга. Их спаривание, по этой теории, делает фононы и магноны нестабильными и приводит к их уничтожению, что теория запрещает. Если же допустить такое спаривание, то получится, например, что став нестабильным, фонон исчезает и превращается в магнон.

Корейские физики пришли к своему неожиданному открытию, изучая движения атомов и молекул в кристаллах марганцевого соединения с формулой (Y,Lu)MnO₃. Исследование проводилось стандартным для таких экспериментов методом неупругого рассеяния нейтронов: исследуемый кристалл облучается пучком нейтронов, а те, в свою очередь, проходя сквозь кристалл, соударяются с атомами решетки и обмениваются с ними энергией. Таким образом, выходя из кристалла, они несут в себе информацию о движении этих атомов.

«Первоначально мы пытались интерпретировать результаты своих измерений в рамках простейшей теории, запрещающей спаривание фононов и магнонов, но довольно быстро поняли, что втиснуть наши результаты в эту теорию — все равно что втиснуть слона в холодильник. То есть в принципе это возможно, но выглядит очень нереалистично. Тогда мы произвели расчеты вновь, только теперь уже учитывая возможное спаривание фононов и магнонов, и обнаружили, что в этом случае наши данные получили хорошее объяснение», — рассказал руководитель исследования профессор Пак Джэ-Кын.

По словам профессора, идея о фонон-магнонном спаривании витала в умах ученых многие десятилетия, поскольку могла объяснить аномально низкий коэффициент теплового расширения некоторых материалов, например инвара (железо-никелевый сплав). Открытие корейских ученых и разработанная ими теория позволяют сделать вывод о том, что в некоторых случаях и в некоторых материалах незначительное фонон-магнонное спаривание со взаимным превращением друг в друга все-таки возможно, только для этого требуется особая архитектура кристаллической решетки.

Корейская команда планирует пронаблюдать обнаруженное ею спаривание в других материалах и в идеале продемонстрировать искусственное превращение фононов в магноны и магнонов в фононы.

Комментарии

Все комментарии
САМОЕ ЧИТАЕМОЕ
Обсуждаемое