Kuasikrystals (QC’ler), ilgi çekici bir atom düzenlemesi sergileyen büyüleyici katı malzemelerdir. Atomik düzenlemelerin sıralı bir desene sahip olduğu normal kristallerin aksine, QC’ler periyodik olmayan uzun menzilli atomik sıralar gösterir. Bu ‘Quasiperiodic’ doğası nedeniyle, QC’lerin geleneksel kristallerde bulunmayan alışılmadık simetrileri vardır.
Nobel ödüllü keşiflerinden bu yana, yoğunlaştırılmış madde fizik araştırmacıları, hem benzersiz quasiperiodik manyetik düzenlerini hem de spintronik ve manyetik soğutmada olası uygulamalarını gerçekleştirmeye çalışan QC’lere karşı muazzam bir dikkat gösterdiler.
Ferromanyetizma yakın zamanda altın galyum-nadir toprak (au-ga-r) ikosahedral QC’lerinde (IQC’ler) keşfedildi. Yine de bilim adamları bu gözlemden şaşırmadılar, çünkü translasyon periyodikliği – bir kristalde atomların tekrarlanması – ferromanyetik düzenin ortaya çıkması için bir ön koşul değildir.
Aksine, doğada bulunan diğer temel manyetik düzen türü, antiferromanyetizm, doğası gereği kristal simetrisine karşı daha duyarlıdır.
Teorisyenler uzun zamandır belirli QC’lerde antiferromanyetizmanın kurulmasını beklemiş olsalar da, henüz doğrudan gözlemlenmemiştir. Deneysel olarak, çoğu manyetik IQC’ler, uzun menzilli manyetik düzen belirtisi olmadan spin cam benzeri donma davranışı sergiler, araştırmacıların antiferromanyetizmin quasiperiodisite ile bile uyumlu olup olmadığını sorgulamalarına yol açar-şimdi.
Çığır açan bir çalışmada, bir araştırma ekibi nihayet gerçek bir QC’de antiferromanyetizmayı keşfetti. Ekip, Tokyo Bilim Üniversitesi (TUS) Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Bölümü’nden Ryuji Tamura, Tus, Tohoku Üniversitesi’nden Taku J. Sato ve Avustralya nükleer bilim ve teknoloji organizasyonundan ve Sydney Üniversitesi’nden Max Avdeev tarafından yönetildi.
Çalışmaları dergide yayınlandı Doğa fiziği.
Tamura, “1949’da periyodik bir kristalde antiferromanyetizmanın ilk raporunda olduğu gibi, bir IQC’de meydana gelen antiferromanyetizmanın ilk deneysel kanıtını sunuyoruz.”
Au-Ga-R IQC’lerde son ferromanyetizma keşfine dayanan araştırmacılar, beş kat, üç kat ve iki katlı dönme simetrileri sergileyen yeni bir Tsai tipi altın-indyum-europyum (Au-in-Eu) IQC belirlediler. Ekip, manyetik doğasını incelemek için bir dizi dökme özellik ölçümü ve nötron deneyleri gerçekleştirdi.
Manyetik duyarlılık ölçümleri, bir antiferromanyetik geçiş ile tutarlı olarak hem sıfır alanlı soğutulmuş hem de tarla soğutmalı koşullar için 6.5 Kelvin (K) sıcaklıkta keskin bir zımpara gösterdi. Spesifik ısı ölçümleri, aynı sıcaklıkta bir tepe gösterdi, bu da zirvenin uzun menzilli bir manyetik sıradan kaynaklandığını doğruladı.
Sonuçlarını daha da doğrulamak için ekip, IQC’nin nötron kırınım ölçümlerini 10 k ve 3 K sıcaklıklarda gerçekleştirdi. Ek manyetik Bragg pikleri gözlemlediler-sıralı bir manyetik yapı gösteren, 3 K,, uzun süre bağlı ölçümün etrafında, ilk önce 6,5 K geçiş sıcaklığı etrafında, ilk önce antrom sıcaklığının etrafında anlık bir artış gösteren, daha yüksek bir artış gösterdiler. QC.
Au-in-Eu IQC’nin neden bir antiferromanyetik faza ev sahipliği yaptığına gelince, araştırmacılar, daha önce negatif bir curie-weiss sıcaklığı sergileyen IQC’lerin aksine, bu roman IQC’nin pozitif bir curie-weiss sıcaklığına sahip olduğunu buldular.
İlginç bir şekilde, elemental ikame yoluyla atom başına elektron oranında hafif bir artışla, antiferromanyetik fazın kaybolduğunu ve IQC’nin önceki IQC’ler gibi spin-cam davranışını gösterdiğini keşfettiler.
Bu, pozitif bir curie-weiss sıcaklığına sahip IQC’lerin antiferromanyetik düzen kurulumunu desteklediğini ve atom başına elektron oranını kontrol ederek yeni antiferromanyetik QC’ler geliştirmek için gelecekteki çalışmalar için yeni yollar açtığını göstermektedir.
Tamura, “Bu keşif nihayet gerçek QC’lerde antiferromanyetik sıranın mümkün olup olmadığı konusunda uzun süredir devam eden sorunu çözüyor.” “Antiferromanyetik QC’ler, Ultrasoft manyetik tepkileri gibi benzeri görülmemiş işlevleri sağlayabilir ve gelecekte spintronics ve manyetik soğutmada bir devrim getirecektir.”
Araştırmacıların keşfi, Birleşmiş Milletlerin Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri (SDG’ler) —Aynitable ve Temiz Enerji (SDG 7), Endüstri, İnovasyon ve Altyapı (SDG 9)-enerji tasarruflu elektronik oluşturma ile uyumludur.
Onlarca yıl süren bir gizemi çözen bu keşif, sadece keşfedilmemiş antiferromanyetik QC’lerin araştırmasını yeniden canlandırmakla kalmaz, aynı zamanda spintroniklerin çok ötesine uzanan etkileri olan quasiperiodik antiferromanyetlerin yeni bir araştırma alanı açar.
