Это исследование могло обеспечить важный прорыв для решения 100-летней физической проблемы и углубить наше знание интересного класса материалов, названных multiferroics. Полные теоретические образцовые и экспериментальные наблюдения могут быть прочитаны на Коммуникациях Природы.В то время как мы обычно думаем о твердых частицах как о статических объектах, их молекулы находятся на самом деле в постоянном состоянии вибрации.
Эти маленькие колебания происходят частично из-за фононов и magnons, которые являются коллективными возбуждениями и беспорядками в кристалле. Коллективный означает, что они не ограничены единственным атомом, но влияют на группу соседних атомов.
Фононы – однородные колебания на одной частоте. Например, фононы короткой длины волны играют роль в термической проводимости, в то время как фононы длинной длины волны вызывают звук, который является происхождением слова («phonos», означает голос на греческом языке).
Magnons – коллективные волнения вращений электронов, компасы атомов. Они влияют на магнитные особенности материалов. Этот отчет показывает, впервые, что две пары и как следствие их вибрирующее поведение не постоянные со временем.
Ученые IBS измерили атомное и молекулярное движение (Y, Лютеций) кристаллы MnO3 неэластичными экспериментами рассеивания нейтрона и также получили новую теоретическую модель, чтобы объяснить, что они наблюдали экспериментально. Интересно, они должны были пойти вне стандартной линейной теории, которая обычно используется, чтобы интерпретировать измерения.
Стандартная линейная теория волны вращения предполагает, что вибрация magnons и фононов гармонична и стабильна со временем, как колебание весны без трения. «Первоначально мы использовали самую простую модель, которая является линейной теорией волны вращения без сцепления, но мы поняли, что это было похоже на классический случай помещения слона в холодильнике: Вы можете так или иначе сделать это, но числа становятся нереалистичными и есть что-то не так с ним», объясняет парк преподавателя Je-Geun. «Тогда мы сделали вычисления снова, на этот раз включая сцепление, и мы обнаружили, что могли объяснить данные и, самое главное, окончательный анализ дал нам числа, которые имеют смысл».В то время как в стандартной линейной теории волны вращения говорится, что magnons и фононы вибрируют навсегда и не влияют друг на друга, сцепление сделало бы фононы и magnons нестабильными, и позволило бы в других отношениях запрещенный распад. Например, когда фонон становится нестабильным в результате сцепления к магнонному, это уменьшает свои колебания, распады и преобразовывает его в магнонное.«Идея сцепления магнонного фонона уже была вокруг как возможное объяснение исключительно низкого коэффициента теплового расширения материалов инвара.
У этих промышленно важных материалов есть диапазон использования от швейцарских часов до высокоскоростных поездов, но почему эта выставка материалов, такое встречное интуитивное поведение было загадкой в течение многих десятилетий», описывает преподаватель.В то время как сцепление редко наблюдалось прежде, это – первый раз, когда это было определено количественно в кристалле манганита: «Это – слабое сцепление и подарок только в некоторых материалах, потому что этому нужна конкретная треугольная атомная архитектура. Это также находится в противоречии с господствующей верой, что magnons и фононы стабильны со временем. Это могло объяснить, почему сцепление тщательно никогда не анализировалось прежде, и почему большинство ученых проигнорировало его», комментирует преподаватель.
В будущем команда хотела бы изучить это сцепление в других материалах и идеально продемонстрировать, что можно искусственно преобразовать фононы в magnons и наоборот.