V pevných látkách hraje míra uspořádanosti velmi významnou roli v jejich fyzikálních vlastnostech i následných aplikacích. Například pro magnetické atomy je v mnoha případech energeticky výhodné vytvářet tzv. antiferomagnetické uspořádání jejich spinů (magnetických momentů), kde nejbližší sousední atomy v krystalové mříži mají spiny vůči sobě orientované v opačných směrech.
Závislost elektrické permitivity EuAl12O19 na frekvenci elektrického pole a na teplotě. Změny chování u 49 K souvisejí se vznikem dipolární kapaliny.
Výzkumníkům z Oddělení dielektrik ve FZU se společně s kolegy z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy poprvé podařilo pozorovat elektrickou analogii magnetické spinové kapaliny v krystalu EuAl12O19. Ten vykazuje poměrně komplexní chování: projevují se jeho magnetické vlastnosti díky interakcím mezi spiny atomů europia i jeho elektrické vlastnosti dané specifickým uspořádáním iontů hliníku a kyslíku.
Antiparalelní uspořádání spinů v trojúhelníkové krystalové mříži vede k tzv. frustraci systému, v němž třetí atom v trojúhelníkovém uspořádání „neví“, kterým směrem má svůj spin orientovat; navíc roli „třetího“ může střídavě přebírat kterýkoli z trojice atomů v trojúhelníku. Toto vzájemné působení mezi atomy vyvolá dynamickou neuspořádanost spinů v systému a je známo, že za určitých okolností může vzniknout tzv. spinová kapalina. Tento neuspořádaný stav se v mnoha ohledech chová podobně jako klasická kapalina, ale při snižování teploty systém nezamrzá a obvykle zůstává v dynamickém „kapalném“ stavu až do teploty absolutní nuly.
Vznik frustrované antipolární fáze dokládá široký soubor výsledků: kromě dielektrických spekter je to zejména synchrotronová rentgenová difrakce, dále měření měrného tepla, akustických a optických kmitů krystalové mříže, tepelné roztažnosti a elektrické polarizace materiálu; tato fáze byla potvrzena též teoretickými výpočty z prvních principů.
Objev dipolární kapaliny v EuAl12O19 bude zcela jistě motivovat další vědce k hledání tohoto neobvyklého chování i v jiných materiálech. Za určitých podmínek totiž může vzniknout kvantová dipolární kapalina, která by díky kvantovému provázání dipólů na dlouhou vzdálenost mohla být využitelná v kvantových počítačích.
Autoři: Petr Kužel, Stanislav Kamba, Petra Köppl
Zdroj: Fyzikální ústav AV ČR
- Autor článku: ne
- Zdroj: Akademie věd ČR
