Abbiamo sondato le eccitazioni magnetiche di Ba2CoSi2O6Cl2 direttamente tramite misure di scattering neutronico anelastico. I cinque tipi di eccitazione magnetica osservati sono privi di dispersione entro i limiti di risoluzione, e quindi le eccitazioni triplette sono verificate come localizzate. Credito:Tokyo Tech
Oltre ai solidi, liquidi e gas, stati più esotici della materia possono essere generati in materiali specifici in condizioni speciali. Tali stati sono di grande interesse per i fisici perché forniscono una comprensione più profonda dei fenomeni quantistici.
Il condensato di Bose-Einstein è uno di questi stati della materia che si verifica a temperature molto basse. In questo stato, la maggior parte delle particelle costituenti il condensato si trova nel cosiddetto "stato fondamentale, " alla loro energia più bassa possibile, e fenomeni quantistici microscopici possono essere facilmente osservati. interessante, questo stato può essere esibito anche da quasiparticelle, che non sono particelle reali ma rappresentano eccitazioni microscopiche collettive in un sistema e possono quindi essere usate per descrivere il sistema in modo semplificato, modo ancora molto utile.
Magnon, un tipo di quasiparticella che si manifesta nei materiali magnetici, sono eccitazioni collettive originate da elettroni in un cristallo. I Magnon possono normalmente saltare tra diverse posizioni nel cristallo; però, in alcuni composti e sotto l'effetto di un campo magnetico, possono essere intrappolati in una specie di situazione di cattura 22, che si traduce in cristallinità rigida. Questo è un fenomeno quantistico molto interessante chiamato "cristallizzazione Magnon, " in cui si dice che i magnon siano in uno stato "frustrato".
Per esplorare questo effetto peculiare, un team di scienziati guidati dal Prof. Hidekazu Tanaka della Tokyo Tech ha lavorato alla caratterizzazione delle eccitazioni magnetiche che si verificano in un isolante magnetico, Ba 2 CoSi 2 oh 6 Cl 2 . Hanno eseguito esperimenti di diffusione di neutroni, in cui sono stati sparati fasci di neutroni su Ba 2 CoSi 2 oh 6 Cl 2 cristalli a diverse energie e angoli per determinare le proprietà dei cristalli. Sulla base dei risultati di questi esperimenti, il team ha dimostrato che la cristallizzazione di Magnon si verifica in Ba 2 CoSi 2 oh 6 Cl 2 e attribuito l'origine di questo stato ordinato alle interazioni elettroniche fondamentali nel materiale, dal punto di vista della meccanica quantistica. "Fino a poco tempo fa, studi sperimentali sulla cristallizzazione magnon sono stati limitati al composto Shastry-Sutherland SrCu 2 (BO 3 ) 2 , e questo studio è un tentativo di indagare questo affascinante fenomeno quantistico in un materiale diverso, " commenta il prof. Tanaka.
La comprensione dell'ordinamento dei magnon e dei loro effetti sulle proprietà magnetiche micro e macroscopiche dei cristalli potrebbe fornire ai ricercatori informazioni preziose per correlare la fisica della materia condensata con i principi della meccanica quantistica. "Questo lavoro mostra che i magneti quantistici altamente frustrati forniscono campi da gioco per l'interazione delle particelle quantistiche, " conclude il Prof. Tanaka. Sono necessari ulteriori studi per comprendere ulteriormente il Ba 2 CoSi 2 oh 6 Cl 2 sistema e ottenere un punto d'appoggio più profondo nella meccanica quantistica e nelle sue potenziali applicazioni.
