Pages Menu
TwitterRssFacebook
Categories Menu

Posted on 11.06.19 in Inštituti

Slovenski fiziki odkrili kovinsko obnašanje izolatorja

Slovenski fiziki odkrili kovinsko obnašanje izolatorja

Skupina raziskovalcev z Odseka za fiziko trdne snovi in z Odseka za teoretično fiziko Instituta »Jožef Stefan« je pod vodstvom doc. dr. Andreja Zorka v električnem izolatorju, tj. v materialu, ki je popolno nasprotje kovine, paradoksalno, odkrila pojav, ki je bil prej znan le za električne prevodnike. V članku v prestižni reviji Nature Physics je poročala o odkritju znamenitega Kondovega pojava v kvantni spinski tekočini, kjer magnetne vzbuditve, ki ne nosijo električnega naboja, prevzamejo vlogo prevodniških elektronov v kovini pri senčenju magnetnih nečistoč.

V kovini se električna upornost z nižanjem temperature zmanjšuje, saj zaradi pojemajočih nihanj kristalne mreže prevodniški elektroni vse lažje potujejo skozi snov, pri najnižjih temperaturah pa se ustali zaradi vedno navzočih strukturnih napak. Že v tridesetih letih prejšnjega stoletja pa so eksperimentalno ugotovili, da se takšno obnašanje izrazito spremeni, če kovina vsebuje magnetne nečistoče. Upornost namreč v tem primeru začne pri nizkih temperaturah naraščati s padajočo temperaturo. Pojav je ostal teoretično nepojasnjen vse do leta 1964, ko je Jun Kondo ugotovil, da gre za neintuitivno izražanje kvantne mehanike na makroskopski skali, do katerega pride, ko prevodniški elektroni v kovini začnejo kolektivno senčiti magnetne nečistoče.

Kondov pojav je v nadaljnjih desetletjih postal eden najbolj proučevanih pojavov v fiziki trdne snovi. Omogoča namreč razumevanje in vpogled v nenavadne električne lastnosti široke palete trenutno zelo zanimivih materialov, od visokotemperaturnih superprevodnikov, do kvantnih pik in topoloških izolatorjev. Vsi znani primeri Kondovega senčenja temeljijo na prevodniških elektronih in so zato omejeni na električne prevodnike. Te dni pa je skupini slovenskih fizikov v sestavi Matjaž Gomilšek, Rok Žitko, Martin Klanjšek, Matej Pregelj in Andrej Zorko, skupaj s sodelavci iz Švice in Kitajske, uspelo prvič eksperimentalno potrditi obstoj Kondovega pojava v električnem izolatorju, kjer prevodniških elektronov kot doslej ključnega pogoja zanj sploh ni.

Na možen obstoj takšnega paradoksa so v zadnjih desetletjih opozarjali številni teoretiki, ki so preučevali kvantne spinske tekočine. V njih namreč močna kvantna prepletenost vodi do zelo nenavadnih magnetnih vzbuditev, tudi takšnih, ki se vedejo zelo podobno kot prevodniški elektroni v kovinah, čeprav so brez električnega naboja. Omenjena skupina slovenskih raziskovalcev je pred tremi leti odkrila stanje kvantne spinske tekočine v magnetu z dvodimenzionalno spinsko mrežo kagome in s tem stopila v tekmo eksperimentalne potrditve Kondovega pojava v električnih izolatorjih. Skrbno izbran eksperiment, izveden na pospeševalniku Instituta Paul Scherrer v Švici, v katerem so kot natančna lokalna tipala magnetizma v vzorec vsadili kratkožive delce mione, je omogočil potrditev obstoja Kondovega pojava v proučevanem električnem izolatorju.

Odkritje Kondovega pojava v kvantnih spinskih tekočinah je potencialno pomembno tudi s tehnološkega vidika. To kvantno stanje namreč predstavlja eno izmed obetavnih platform za izjemno zmogljive kvantne računalnike, temeljni izziv pa trenutno predstavlja učinkovita manipulacija tega stanja. V svojem delu slovenski fiziki predlagajo, da bi potreben nadzor nad stanjem kvantne spinske tekočine lahko dosegli z manipulacijo nečistoč, odkrit Kondov pojav pa bi pri tem služil kot vzvod med stanjem nečistoče in stanjem kvantne spinske tekočine.

 

Foto: Matjaž Gomilšek

 

Post a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *