Nello stato fondamentale i momenti magnetici sono verso l'alto o verso il basso, gli spin antiparalleli al campo magnetico esterno (rosso) non sono mai insieme (destra). per eccitazione, ulteriori spin possono allinearsi in modo antiparallelo e si formano catene Bethe (spin bianchi, sinistra). Attestazione:HZB
Novant'anni fa, il fisico Hans Bethe postulò che schemi insoliti, le cosiddette corde Bethe, appaiono in alcuni solidi magnetici. Ora, un team internazionale è riuscito a rilevare sperimentalmente tali corde Bethe per la prima volta. Hanno usato esperimenti di diffusione di neutroni in varie strutture di neutroni, compreso l'esclusivo magnete ad alto campo di BER II a HZB. I dati sperimentali sono in ottimo accordo con la previsione teorica di Bethe, e dimostrare ancora una volta la potenza della fisica quantistica.
La disposizione regolare degli atomi in un cristallo consente interazioni complesse che possono portare a nuovi stati della materia. Alcuni cristalli hanno interazioni magnetiche in una sola dimensione, cioè., sono magneticamente unidimensionali. Se, Inoltre, momenti magnetici successivi puntano in direzioni opposte, il cristallo comprende un antiferromagnete unidimensionale. Hans Bethe descrisse per la prima volta questo sistema teoricamente nel 1931, prevedendo anche la presenza di eccitazioni di stringhe di due o più momenti consecutivi che puntano in una direzione, le cosiddette corde Bethe.
Però, questi stati di stringa non possono essere osservati in condizioni sperimentali normali perché sono instabili e oscurati dalle altre caratteristiche del sistema. Il trucco utilizzato in questo articolo consiste nell'isolare le corde applicando un campo magnetico.
Ora, una cooperazione internazionale attorno al fisico HZB Bella Lake e alla sua collega Anup Bera è stata in grado di identificare e caratterizzare sperimentalmente le corde Bethe in un vero solido per la prima volta. Il team ha realizzato cristalli di SrCo 2 V 2 oh 8 , che è un sistema modello antiferromagnete unidimensionale. Solo gli atomi di cobalto hanno momenti magnetici, sono tutti allineati lungo una direzione e i momenti adiacenti si annullano a vicenda.
Alla sorgente di neutroni di Berlino BER II, è stato possibile investigare il campione con neutroni sotto campi magnetici estremamente elevati fino a 25,9 Tesla. Dai dati, i fisici hanno ottenuto un diagramma di fase del campione in funzione del campo magnetico, e anche ulteriori informazioni sui modelli magnetici interni, che potrebbe essere paragonato all'idea di Bethe che sono stati quantificati da un gruppo teorico guidato da Jianda Wu.
"I dati sperimentali sono in ottimo accordo con la teoria, ", afferma il Prof. Bella Lake. "Siamo stati in grado di identificare chiaramente due e persino tre catene di corde Bethe e determinare la loro dipendenza energetica. Questi risultati ci mostrano ancora una volta quanto funzioni straordinariamente bene la fisica quantistica".
