Гексаборид церия снова бросил вызов теоретикам
8 минут
ФизТех

Гексаборид церия снова бросил вызов теоретикам

Этот материал является «исключением среди исключений» и не может быть описан существующими моделями и общепринятыми теориями.

Церий
Церий

Учёные из МФТИ и других институтов обнаружили необычные явления в кристалле гексаборида церия, CeB₆. Эксперимент по электронному парамагнитному резонансу (ЭПР) подтвердил, что этот материал является «исключением среди исключений» и не может быть описан существующими моделями и общепринятыми теориями. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Подобные экспериментальные открытия являются «проверкой на прочность» для научных теорий. В такой ситуации фундаментальный результат гораздо важнее поиска каких-либо новых практических применений данного материала.

Сильно коррелированный металл CeB₆ изучают уже более сорока лет, и он не устаёт удивлять исследователей. Для объяснения аномалий его физических свойств разработано множество теорий, однако, как оказалось, они не позволяют предсказать результаты ЭПР-экспериментов. Возможно, теории динамических магнитных свойств сильно коррелированных систем (в таких системах имеет место существенное взаимодействие между электронами) необходимы принципиальные доработки, которые бы объяснили исключительное поведение гексаборида церия.

ЭПР-спектрометрия позволяет исследовать образцы, содержащие частицы с неспаренными спинами — электроны, радикалы. На образец, помещённый в постоянное магнитное поле, воздействуют СВЧ-излучением. Полученный спектр позволяет судить о химическом строении и свойствах вещества. Анализ формы линии ЭПР и абсолютная калибровка спектров в единицах магнитной проницаемости позволяют найти g-фактор (гиромагнитное отношение), ширину линии (время спиновой релаксации) и осциллирующую намагниченность или динамическую магнитную восприимчивость.

Ранее авторами статьи было экспериментально обнаружено явление электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в CeB₆. Исследователи разработали уникальную методику ЭПР-эксперимента, позволяющую «увидеть» сигнал ЭПР в образцах, подобных CeB₆, ведь в стандартном ЭПР-спектрометре наблюдение сигнала от сильно коррелированных металлов или невозможно, или существенно затруднено.

Гексаборид церия снова бросил вызов теоретикам

Рис. 1. Схема эксперимента. 1. Гексаборид церия со сложной магнитной структурой. 2. Часть прибора — микроволновый резонатор, в который помещается образец. 3. Вид резонансной кривой в эксперименте ЭПР

Результаты эксперимента удивили исследователей: во-первых, измеренная осциллирующая намагниченность вдоль одного из кристаллографических направлений ([100]), которая в теории должна быть частью суммарной намагниченности, оказалась больше целого. По словам учёных, «на пальцах» это явление можно объяснить дополнительными взаимодействиями между свободными электронами и электронами магнитных оболочек церия, однако пока это лишь качественное объяснение, которое должно быть подтверждено теоретическими расчётами.

Другим удивительным результатом оказалось совпадение угловой зависимости ширины спектральной линии и сопротивления в магнитном поле (в эксперименте варьировался угол между направлением магнитного поля и осями кристалла). Казалось бы, эти величины имеют совершенно различную физическую природу и нельзя ожидать такого соответствия. Авторы статьи предлагают следующее объяснение: так как ширина линии в основном определяется спиновыми флуктуациями, то и в сопротивление CeB₆ доминирующий вклад вносит рассеяние зонных электронов на спиновых флуктуациях.

Гексаборид церия снова бросил вызов теоретикам

Рис. 2. Угловые зависимости ширины спектральной линии и магнитного сопротивления. Красным обозначено магнитосопротивление, синим — ширина линии.

Основой осуществления измерений, описанных в статье, стали аппаратные усовершенствования ЭПР-спектрометра, проведённые под руководством старшего научного сотрудника Института общей физики РАН, выпускника МФТИ Алексея Семено, аспирантами МФТИ Маратом Гельмановым и Александром Самариным.

«Мы выигрываем по чувствительности и стабильности, в результате на настоящий момент никто в мире, кроме нас, не может проводить измерения ЭПР в сильно коррелированных металлах на высоком уровне. Именно благодаря аппаратным усовершенствованиям мы можем видеть то, что другие не видят», — отмечает Сергей Демишев, профессор МФТИ, заведующий отделом низких температур и криогенной техники Института общей физики РАН.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
166 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
5 часов назад
47 минут
Александр Березин

Новые данные показывают: численность бобров в России и Евразии резко недооценивалась. Их здесь миллион, а вскоре будет во много раз больше. Тогда бобры полностью изменят наш ландшафт — причем в лучшую сторону. Как ни странно, эти существа способны заселить не только леса, но и тундру, степь и даже морские берега. По пути они полностью изменяют экосистему — а также шансы на выживание в ней людей. Начнись процесс бобриной реконкисты чуть раньше — и тысячи москвичей были бы спасены. Попробуем разобраться почему.

7 часов назад
30 минут
Илья Ведмеденко

Многие слышали словосочетание «солдат будущего», однако не все понимают, о чем именно идет речь. Сегодня мы рассмотрим этот термин на примере экипировки для военнослужащих российской армии, известный как «Ратник», а также поговорим о перспективном комплекте, получившем ранее обозначение «Сотник».

Позавчера, 10:58
21 минута
Ольга Иванова

Европейцы считают запах духов «Шанель» приятным, а папуасы Новой Гвинеи терпеть его не могут, зато обожают аромат свиного жира. Почему разные культуры оценивают запах по-своему, какую роль в нашей жизни играют ароматы, как мы выбираем партнера, опираясь на собственный нюх, и почему супружеским парам не стоит спать под одним одеялом? Об этом – в нашем материале.

19 мая
6 минут
София Жаботинская

Новый препарат, который, по мнению его создателей, может помочь остановить пандемию раньше и эффективнее, чем вакцинация, подошел к стадии клинических испытаний.

Позавчера, 10:58
21 минута
Ольга Иванова

Европейцы считают запах духов «Шанель» приятным, а папуасы Новой Гвинеи терпеть его не могут, зато обожают аромат свиного жира. Почему разные культуры оценивают запах по-своему, какую роль в нашей жизни играют ароматы, как мы выбираем партнера, опираясь на собственный нюх, и почему супружеским парам не стоит спать под одним одеялом? Об этом – в нашем материале.

Позавчера, 16:14
2 минуты
Илья Ведмеденко

Десантный транспорт-док типа San Antonio испытал установленную на его борту мощную лазерную установку Laser Weapon System Demonstrator (LWSD) Mk 2 Mod 0: в ходе тестов был успешно уничтожен беспилотник.

25 апреля
29 минут
Редакция

Если сегодня вам, допустим, 30 лет, то за вашу жизнь население планеты уже дважды «добавляло» очередной миллиард. Когда вам было десять лет в 1999 году, население планеты достигло шести миллиардов. В 2011 году, когда вам исполнилось 22 года, была преодолена планка в семь миллиардов человек. Сегодня нас 7,7 миллиарда. Что же будет, когда пройдет еще 30 лет? По оценкам ООН, уже через пять лет, если динамика роста численности населения не претерпит разительных изменений, на планете появится восьмимиллиардный житель. А дальше что? Перенаселение, нехватка воды и пищи, не говоря уже о прочих ресурсах, и волны беженцев? Или все, на самом деле, не так страшно?

14 мая
6 минут
София Жаботинская

Две-три чашки кофе в день обеспечивают уменьшение как подкожного, так и висцерального жира у женщин — по сравнению с теми, кто пьет кофе реже или не пьет совсем.

18 мая
47 минут
Александр Березин

«Новая газета» обратила внимание, что в статистике столицы — эпицентра коронавирусной эпидемии в России — в апреле 2020 года виден аномальный всплеск смертей. Он в разы превышает официальные цифры гибели людей от Covid-19. Власти опять скрывают? Naked Science внимательно присмотрелся к ситуации и обнаружил, что дело совсем в другом факторе, никак не связанном с новой болезнью. Рассказываем, о чем речь.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: