Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z Rice University zjistili, že když se atomová mřížka v krystalu „oživí“ mechanickou vibrací ve tvaru vývrtky (tzv. chirální fonon), krystal se může proměnit v magnet.
Podle nové studie vystavení fluoridu ceru (poznámka: ceritý nebo ceričitý, z angl. originálu tiskové zprávy se nepozná, v abstraktu vzorec není a celý článek není volně přístupný) ultrarychlým světelným pulzům uvede jeho atomy do pohybu, který na okamžik roztočí spiny elektronů a způsobí jejich zarovnání s rotací atomů. Toto zarovnání by jinak vyžadovalo silné vnější magnetické pole, protože fluorid ceru je přirozeně paramagnetický materiál s náhodně orientovanými spiny (i při nulové teplotě). „Chirální pohyb atomové mřížky polarizuje spiny uvnitř materiálu, jako by na ně bylo aplikováno silné magnetické pole,“ uvádí spoluautor studie Boris Yakobson.
Zarovnání spinů je sice krátkodobé, nicméně výrazně převyšuje dobu trvání světelného pulzu. Další vlastnosti efektu závisejí na teplotě.
Vliv pohybu atomů na elektrony je překvapivý, protože elektrony jsou mnohem lehčí a rychlejší než atomy. „Chtěli jsme kvantitativně změřit vliv chirálních fononů na elektrické, optické a magnetické vlastnosti materiálu,“ říká spoluautor studie Hanyu Zhu. „Protože spin se vztahuje k rotaci elektronů, zatímco fonony popisují rotaci atomů, existuje možná naivní očekávání, že by spolu tyto dva jevy mohly komunikovat. Proto jsme se rozhodli zaměřit na fascinující jev zvaný spin-fotonová vazba.“
Studie by mohla přispět ke konstrukci nových kvantových nebo magnetických materiálů. Jak autoři dále zmiňují, velkým problém bylo pro tento jev ale najít odpovídající světelné pulzy. „Světelné pulsy jsme vytvořili smícháním intenzivního infračerveného světla a natočením elektrického pole, což umožnilo vytvořit chirální fonony. Kromě toho jsme použili další dva infračervené světelné pulzy, abychom sledovali spin, respektive pohyb atomů,“ uvádějí vědci v tiskové zprávě.
Jiaming Luo et al, Large effective magnetic fields from chiral phonons in rare-earth halides, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adi9601
Zdroj: Rice University / Phys.org
Pro vyjasnění (netřeba publikovat): V článku se píše
„The effective magnetic field of the phonons polarizes the paramagnetic spin of the Ce^(3+) ions…“, tedy fluorid ceritý.
https://arxiv.org/pdf/2306.03852