Malzemelerin son derece güçlü manyetik alanların altına yerleştirilmesi olağandışı ve büyüleyici fiziksel olaylara veya davranışlara yol açabilir. Spesifik olarak, çalışmalar 100 Tesla’nın (T) üzerindeki manyetik alanlar altında spinlerin (yani elektronların içsel manyetik yönelimleri) ve atomların yeni düzenlemeler oluşturmaya başladığını, maddenin yeni fazlarını teşvik ettiğini veya bir kristal kafesi gerdiğini göstermektedir.
Bu aşırı koşullar altında meydana gelebilecek fiziksel etkilerden biri manyetostriksiyon olarak bilinir. Bu etki esasen bir malzemenin kristal yapısının gerilmesine, büzülmesine veya deforme olmasına neden olur.
100 T’nin üzerindeki manyetik alanlar deneysel olarak üretildiğinde, bunlar yalnızca çok kısa bir süre, tipik olarak yalnızca birkaç mikrosaniye için muhafaza edilebilir. Bunun nedeni, bunların üretiminin alanları üretmek için kullanılan teller (yani bobinler) üzerinde büyük bir stres oluşturması ve bunların neredeyse anında kırılmasına neden olmasıdır.
Tokyo’daki Elektro-İletişim Üniversitesi, RIKEN ve Japonya’daki diğer enstitülerdeki araştırmacılar, yakın zamanda 110 T civarında son derece güçlü manyetik alanlar üretmek ve daha sonra bu alanlar altındaki malzemelerdeki atomların konumlarını yakalamak için yeni ekipman geliştirdiler.
‘da yayınlanan bir makalede Fiziksel İnceleme Mektuplarıbu yöntemleri katı oksijen çalışmalarına uygularken elde edilen yeni bilgileri rapor ediyorlar.
Makalenin ilk yazarı Akihiko Ikeda, CEİD’a şunları söyledi: “Çalışmanın temel amacı, 100-1.000 T’lik ultra yüksek manyetik alanların aşırı dünyasını keşfetmektir.” “Çalışmada ilk kez 100 T’nin üzerinde bir X-ışını deneyi gerçekleştirdik, bu da sınırın keşfedilmesi açısından önemli.”
Aşırı manyetik alanlar altında kristal yapıların yakalanması
Ikeda ve meslektaşları, deneylerini gerçekleştirmek için geliştirdikleri PINK-02 adı verilen taşınabilir bir manyetik alan jeneratörünü kullandılar. Bu jeneratör, birkaç mikrosaniye boyunca yaklaşık 110 T’lik son derece yüksek bir manyetik alan üretmelerine olanak sağladı.
Araştırmacılar daha sonra, bu son derece güçlü manyetik alana maruz kalan katı oksijen kristallerine ultra hızlı XFEL X-ışını darbelerini ateşlemek için lazer teknolojisini kullandılar. Bu yaklaşım, manyetik darbe sırasında katı oksijen atomlarının konumlarını gösteren anlık görüntüleri yakalamalarına olanak sağladı.
Ikeda, “Makalemizin yeniliği, çalışma için gerekli olan, PINK-02 adı verilen yeni tasarlanmış taşınabilir 100 T jeneratördür” diye açıkladı. “Bu jeneratör X-ışını serbest elektron lazeri ile birleştirildi ve bu yalnızca PINK-02’nin taşınabilirliği sayesinde mümkün oldu.”
Sonuçta ekip anlık görüntüleri analiz etti ve katı oksijen 110T manyetik alanına maruz bırakılmadan önce ve bu sırada atomların konumlarını karşılaştırdı. Bu, kristalin devasa bir manyetostriksiyona maruz kaldığını ve yaklaşık %1 oranında gerildiğini gösteren ilginç sonuçlar verdi.
Yoğun madde fiziği araştırmalarının ilerletilmesi
Araştırmacılar gözlemledikleri manyetostriksiyonu, güçlü manyetik alanlar altındaki rakip spin etkileşimleri ve kafes kuvvetleriyle ilişkilendirdiler. Bu nedenle, çalışmaları 100T’nin üzerindeki manyetik alanlar altında spinlerin katı malzemelerin, özellikle de katı oksijenin kristal yapısını etkilediğini göstermektedir.
Gelecekte, geliştirdikleri manyetik alan jeneratörü ve kullandıkları X-ışını lazeri, aynı zorlu koşullar altında diğer malzemeleri incelemek için kullanılabilir.
Ikeda, “Bulgularımız, katı oksijen çalışmamızda spinlerin bir malzemenin kristal yapısının stabilitesini etkileyebileceğini gösteriyor” diye ekledi.
“Şimdi mevcut manyetik alanları 120 ila 130 T’ye kadar artırarak θ fazı adı verilen katı oksijenin kristal yapısını ortaya çıkarmaya çalışacağız ve 100 T’nin üzerindeki çeşitli malzemelerdeki kristal yapı değişimini ortaya çıkaracağız.”
Yazarımız Ingrid Fadelli tarafından sizin için yazılan, Sadie Harley tarafından düzenlenen ve Robert Egan tarafından doğrulukları kontrol edilen ve gözden geçirilen bu makale, insanların dikkatli çalışmasının sonucudur. Bağımsız bilim gazeteciliğini canlı tutmak için sizin gibi okuyuculara güveniyoruz. Bu raporlama sizin için önemliyse lütfen bağış yapmayı düşünün (özellikle aylık). Bir alacaksın reklamsız bir teşekkür olarak hesaplayın.
