فرومغناطیس بلوک در فرمیونهای ترکیبی

0

فرومغناطیس بلوک در فرمیونهای ترکیبی فرمیون های کامپوزیت شبه ذره های عجیب و غریب هستند که در سیستم های فعل و انفعال ۲-D فرمیون در میدان های مغناطیسی عمود نسبتاً بزرگ یافت می شوند. این نیمه ذرات که از یک الکترون و دو کوانتای شار مغناطیسی تشکیل شده اند ، اغلب برای توصیف یک پدیده فیزیکی معروف به اثر هال کوانتومی کسری استفاده شده اند.

فرومغناطیس چیست

مقاله رایگان فرومغناطیس ، پدیده ای فیزیکی که در آن برخی از مواد الکتریکی بدون بار به شدت دیگران را به خود جلب می کند. دو ماده ای که در طبیعت یافت می شود ، لودستون (یامگنتیت ، اکسیدی ازآهن ، Fe ۳ O ۴ ) و آهن ، توانایی دستیابی به چنین قدرتهای جذابی را دارند و اغلب به آنها آهن ربا طبیعی می گویند. آنها بیش از ۲۰۰۰ سال پیش کشف شده اند و همه مطالعات اولیه علمی درباره مغناطیس روی این مواد انجام شده است. امروزه ، مواد فرو مغناطیسی در طیف گسترده ای از دستگاه های ضروری برای زندگی روزمره استفاده می شود – به عنوان مثال ، موتورهای الکتریکی و ژنراتورها ، ترانسفورماتورها ، تلفن ها و بلندگوها.

فرومغناطیس نوعی مغناطیس است که با آهن ، کبالت ، نیکل و برخی از آلیاژها یا ترکیبات حاوی یک یا چند مورد از این عناصر در ارتباط است. همچنین در گادولینیوم و چند عنصر کمیاب دیگر وجود دارد. برخلاف سایر مواد ، مواد فرو مغناطیسی به راحتی مغناطیسی می شوند و در میدان های مغناطیسی قوی مغناطش به یک حد مشخصی می رسد که اشباع نامیده می شود. هنگامی که یک زمینه اعمال می شود و سپس برداشته می شود ، مغناطش به مقدار اولیه خود بر نمی گردد – از این پدیده به عنوان پسماند ( qv ) یاد می شود. وقتی تا دمای مشخصی گرم می شودنقطه کوری ( qv ) ، که برای هر ماده متفاوت است ، مواد فرومغناطیسی خصوصیات مشخصه خود را از دست می دهند و از مغناطیسی بودن متوقف می شوند. با این حال ، با خنک شدن دوباره آهنربا مغناطیسی می شوند.

فرومغناطیس بلوک در فرمیونهای ترکیبی

دانشکده ها : فرومغناطیس بلوک در فرمیونهای ترکیبی محققان  اخیراً از فرمیون های ترکیبی برای آزمایش نظریه ای که تقریباً یک قرن پیش توسط فلیکس بلوخ ، فیزیکدان ارائه شد ، استفاده کردند و حاکی از آن است که در چگالی بسیار کم ، یک “دریای” الکترون فرما مغناطیسی به طور خودجوش به حالت کاملاً مغناطیسی می رود که اکنون از آن به عنوان فرو مغناطیس Bloch یاد می شود.

استاد مهندسی برق در دانشگاه  “فرمونی های کامپوزیت واقعا قابل توجه هستند.” “آنها از کنش متقابل و شار مغناطیسی به وجود آمده اند ، و با این حال چنین سیستم پیچیده ای را به مجموعه ای ساده از شبه ذرات ترسیم می کنند که تا حد زیادی رفتار غیر متقابل دارند و همچنین رفتار می کنند مثل اینکه میدان مغناطیسی بزرگ را احساس نمی کنند یکی از جالبترین خصوصیات آنها قطبش چرخشی است. “

هنگامی که میدان های مغناطیسی قوی به آنها اعمال شود و انرژی زیمان غالب باشد ، فرمیونهای کامپوزیتی کاملاً چرخش قطبی شده (یعنی کاملا مغناطیسی) شناخته می شوند. از طرف دیگر ، در میدان های مغناطیسی پایین تر ، آنها معمولاً فقط تا حدی مغناطیسی می شوند ، زیرا انرژی کولن نقش بسیار بیشتری دارد.

محققان این ویژگی منحصر به فرد فرمیون های ترکیبی شده بودند ، تحقیق و بررسی بیشتر در مورد آن را انجام دادند. برای انجام این کار ، آنها از تکنیکی برای اندازه گیری مستقیم قطبش چرخشی استفاده کردند که متکی به حمل و نقل بالستیک (بدون برخورد) فرمیونهای کامپوزیت در مسافتهای نسبتاً طولانی است ، از ترتیب ۰٫۲ میکرون.

محقق گفت : کاهش چگالی فرمیونهای کامپوزیتی (و از این رو میدان مغناطیسی محل تشکیل آنها) ، آنها در واقع قطبش چرخش کامل خود را از دست دادند ، همانطور که ​​انتظار می رفت.” “اما بعداً یک غافلگیری کاملاً غیرمنتظره اتفاق افتاد: همانطور که چگالی را حتی بیشتر کاهش دادیم ، ناگهان فرمیونهای کامپوزیت دوباره کاملاً قطبی شدند. ما تصور کردیم که این ممکن است نتیجه تعامل ضعیف” باقیمانده “بین فرمیونهای ترکیبی ، اما ما قادر به اثبات آن نیستیم. “

اگر پدیده مشاهده شده در حقیقت ناشی از فعل و انفعالات باقیمانده ضعیف بین فرمیونهای ترکیبی مختلف باشد ، این پدیده بسیار یادآور فرومغناطیس بلوک ، وضعیت پیش بینی شده توسط بلوک در سال ۱۹۲۹ است. قابل توجه ، این تأثیر تاکنون اثبات تجربی بسیار دشوار است.

شایگان گفت: “کلیدی برای موفقیت آزمایشات ما وجود ساختارهای نیمه هادی گالیم-آرسنید / آلومینیوم-گالیوم-آرسنید با استفاده از مدولاسیون ، با کیفیت بسیار بالا بود.” “اینها با استفاده از اپیتاکسی پرتوی مولکولی توسط همکار ما در پرینستون ، لورن فایفر و گروهش ، رشد داده شدند.”

شایگان و تیم وی برای کسب بینش بیشتر در مورد اینکه آیا پدیده مشاهده شده آنها با فرومغناطیس بلوک قابل قیاس است ، با ژاینندرا جین ، فیزیکدان نظری در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا ارتباط برقرار کردند. جین و شاگردانش ، تونگژو ژائو و سونگ یانگ پو ، یک سری محاسبات را با هدف تعیین اعتبار فرضیه محققان انجام دادند.

فرومغناطیس بلوک در فرمیونهای ترکیبی
بزرگنمایی فرمیونهای کامپوزیتی کاملاً چرخشی-قطبی در تراکم کم

جین گفت: “وقتی همکاران پرینستون من برای اولین بار در مورد نتیجه آزمایشی خود به من گفتند ، کاملاً تعجب آور بود.” “مدل فرمیونهای ترکیبی رایگان برای دریای فرمی در سطح نیمه پر از لاندائو بسیار خوب عمل می کند ، به طوری که انتظار فیزیک نوع بلوخ را در اینجا نمی کشیدم ؛ چنین رفتاری قطعاً توسط هیچ نظریه موجود پیش بینی نشده است. این یک مسئله بسیار پیچیده است از لحاظ نظری مقابله کنید ، زیرا این مربوط به تغییرات بسیار کمی در انرژی به عنوان تابعی از چگالی است. “

برای به دست آوردن درک نظری از پدیده مشاهده شده توسط شایگان و تیمش ، جین و دانش آموزانش از ابزاری استفاده کردند که به روش انتشار فاز ثابت مونت کارلو معروف است. هنگامی که آنها این سازه نظری را برای مسئله موجود به کار بردند ، دریافتند که حالت فرومغناطیسی زیر یک چگالی حیاتی غالب است.

علاوه بر این ، جین و دانشجویانش دریافتند که مقدار چگالی بحرانی حاصل از محاسبات آنها نزدیک به مقدار مشاهده شده توسط همکارانشان در پرینستون است. بنابراین نتایج آنها این فرضیه را که حالت مشاهده شده شبیه فرو مغناطیس Bloch است را پشتیبانی می کند.

جین توضیح داد: “فیزیک زمینه ای آن مشابه الکترونهای موجود در میدان مغناطیسی صفر است.” “انرژی برهم کنشی فرمیونهای ترکیبی حالت فرومغناطیسی را ترجیح می دهد در حالی که انرژی جنبشی آنها حالت پارامغناطیسی است. با کاهش چگالی ، در برهه ای انرژی برهم کنش برنده می شود و باعث انتقال به یک مرحله کاملاً مغناطیسی می شود.”

سیستمهای ساده با الکترونهای متقابل بسیار رایج هستند و فرمیونهای متقابل در تمام فلزات یافت می شوند ، بنابراین این سیستمها اغلب مورد توجه مطالعات فیزیک بوده اند. گرچه آنها به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند ، اما فرومغناطیس بلوک در این سیستم ها هنوز به وضوح مشاهده نشده است.

این تیم از محققان اولین کسانی بودند که اثری را شبیه فرومغناطیس بلوک مشاهده کردند. علاوه بر این ، آنها این اثر را در مجموعه ای غیرمعمول از شبه ذرات (به عنوان مثال ، دریای فرمی از فرمیون های کامپوزیت) مشاهده کردند که تعجب آور و غیرمنتظره بود.

ماد شفایات حسین ، نویسنده اصلی این تحقیق ، به Phys.org گفت: “نظریه فرمیون های مرکب کاملاً اثبات شده است.” “بیشتر پدیدارشناسی در تئوری و آزمایشهای مربوط به فرمیونهای ترکیبی را می توان بدون هیچ گونه فعل و انفعالی بین فرمیونهای مرکب درک کرد. بنابراین ، این شاید آخرین پلتفرمی باشد که فرد انتظار دارد امضاهای متقابل قوی را پیدا کند. با این حال ، به طور شگفت آور ، آزمایش های ما نشان می دهد که این ترکیب فرمیون ها تحت فرومغناطیس بلوک قرار می گیرند ، که این یک نمونه اولیه از تعامل قوی بین فرمیونی است. “

کارهای اخیر شایگان ، جین ، حسین و همکارانشان نتایج جالبی را به همراه داشت که نتایج مهمی هم برای مطالعه آهن ربائی بلوک و هم فرمونی های ترکیبی دارد. از یک طرف ، این وجود یک انتقال ناشی از تعامل به فرو مغناطیس را نشان می دهد که با پدیده پیش بینی شده توسط بلوک در سال ۱۹۲۹ مطابقت دارد.

از طرف دیگر ، مقاله اخیر درک فعلی فرمیونهای ترکیبی را افزایش می دهد ، زیرا نشان می دهد که در چگالی بسیار کم این شبه ذرات می توانند فعل و انفعالات قوی با یکدیگر داشته باشند. در مطالعات بعدی خود ، محققان قصد دارند به جستجوی فرو مغناطیس بلوک در فرمیون ها ، به ویژه در شرایطی که دارای میدان مغناطیسی صفر هستند ، ادامه دهند.

شایگان گفت: “هنگامی که یک سیستم الکترونیکی به اندازه کافی رقیق شود تا انرژی کولن بر انرژی جنبشی (فرمی) غالب شود ، الکترون ها باید چرخش های خود را تراز کرده و به طور کامل مغناطیسی شوند.” “این مسئله اصلی است که بلوخ ، و بعداً ادموند استونر (در سال ۱۹۴۷) ، و دیگران در مورد آن بحث کردند ؛ یک مسئله کلاسیک ، کتاب درسی است که از آزمایش ها دور مانده است. چالش تجربی این است که سیستم الکترون را بسیار رقیق کرده و در عین حال اختلال را حفظ کند. پتانسیل (که با کنش متقابل کولن رقابت می کند و می خواهد الکترونها را در مکانهای تصادفی تار کند) در حداقل سطح. ما فکر می کنیم با سیستمهای الکترونی جدید ، با دوپینگ مدولاسیون ، این فرصت وجود دارد که در نهایت انتقال بلوک را برای الکترونهای میدان صفر ناخن بزنیم. “

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.