p Pela primeira vez, os físicos apresentam uma teoria unificada explicando duas características dos ímãs frustrados e por que eles costumam ser vistos juntos. p Quando os físicos enviam nêutrons disparando através de um ímã frustrado, as partículas se espalham do outro lado em padrões de assinatura. Os designs aparecem porque, mesmo em baixas temperaturas, átomos em um metal frustrado oscilam no tempo uns com os outros. Um padrão distinto, conhecido como "ponto de aperto, "lembra uma gravata borboleta e é amplamente estudado no mundo dos líquidos de rotação. Os pontos de compressão são frequentemente acompanhados por misteriosos padrões crescentes chamados" meias-luas, "mas a física que liga os fenômenos nunca foi esclarecida.

p Agora, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa revelaram que pontos de aperto e meias-luas são a mesma coisa - simplesmente assinaturas da mesma física em diferentes níveis de energia. Sua teoria unificada, publicado em 12 de outubro, 2018, como um Revisão Física B Comunicação Rápida, é o primeiro a explicar a física subjacente que impulsiona os fenômenos frequentemente emparelhados.

p "A teoria em si é bem simples, "disse Han Yan, um estudante de pós-graduação na Unidade de Teoria da Matéria Quântica no OIST e primeiro autor do estudo. "Da mesma teoria que fornece o ponto de aperto na energia mais baixa, você pode calcular o que acontece com energia mais alta - e você obtém um par de meias-luas. "

p Se você aumentar o zoom perto de um ímã frustrado, cada átomo que compõe o material parece girar erraticamente. Na realidade, Contudo, esses átomos participam de uma dança lindamente coordenada, girando em sincronia um com o outro, de modo que suas atrações magnéticas finalmente se cancelem. Este balé é difícil de observar diretamente, então ao invés, os físicos procuram por pistas reveladoras de que a performance está ocorrendo.

p Uma técnica experimental chamada espalhamento de nêutrons permite aos cientistas reunir essas pistas. Os nêutrons não carregam carga elétrica, mas eles agem como uma fonte localizada de magnetismo. Os átomos individuais também agem como pequenos ímãs, completo com seus próprios pólos norte e sul. Quando enviado zunindo através de um material, a velocidade e direção de um nêutron são desviadas pelos átomos que ele passa, e, portanto, é "espalhado".

p O padrão de espalhamento informa aos físicos como os átomos estão se comportando dentro de um material. Por exemplo, se nêutrons se espalharem rapidamente, os físicos inferem que os átomos dentro de um material estão alinhados aleatoriamente. Se os nêutrons se espalharem em uma gravata borboleta característica, eles inferem que os átomos estão girando em conjunto, como fariam em um ímã frustrado.

p Os pontos de esmagamento aparecem quando um número igual de ímãs atômicos, ou "gira, "estão apontando" para fora "como apontando" para dentro "em qualquer região do ímã frustrado. Esse equilíbrio torna o material não magnético e o mantém em um nível mínimo de energia.

p Meias luas aparecem quando um ímã frustrado tem energia além deste nível mínimo, e, portanto, viola a lei de conservação local que exige que um número igual de giros seja apontado como em. Em essência, meias-luas são pontos de aperto definidos em uma curva. Quanto maior a curvatura, quanto mais forte a violação, mais energia o sistema está usando. Os pesquisadores do OIST descobriram essa relação em seus cálculos e depois a testaram.

p Os pesquisadores testaram sua teoria unificada em um sistema simulado onde pontos de aperto e meias luas podem ser observados juntos, conhecido como um antiferroimã de Heisenberg em uma rede kagome. Eles também aplicaram suas equações a observações recentes do ímã frustrado Nd2Zr2O7 e descobriram que sua teoria explicava o aparecimento dos dois padrões em aplicação, também.

p "Pontos de esmagamento e meias-luas vêm da mesma física subjacente - um por respeitar a lei de conservação local e outro por violá-la, "disse Yan." Quando você os junta, eles formam uma imagem completa da fenomenologia geral. "

p No futuro, a teoria unificada de meias luas e pontos de aperto deve ser útil tanto na física teórica quanto na aplicada, e talvez mais além.

p “De um certo ponto de vista, cada sistema de matéria condensada é em si um universo diferente, "disse Yan." É uma grande curiosidade intelectual encontrar esses universos, com suas próprias estranhas leis da natureza, mas também se relaciona com a vida diária. As pessoas estão tentando identificar as leis particularmente úteis nesses miniuniversos, para que possamos usá-las a nosso favor. "