Testamos as excitações magnéticas de Ba2CoSi2O6Cl2 diretamente por meio de medições inelásticas de espalhamento de nêutrons. Os cinco tipos observados de excitação magnética não têm dispersão dentro dos limites de resolução, e, portanto, as excitações de tripleto são verificadas para serem localizadas. Crédito:Tokyo Tech
Além de sólidos, líquidos e gases, estados mais exóticos da matéria podem ser gerados em materiais específicos sob condições especiais. Esses estados são de grande interesse para os físicos porque fornecem uma compreensão mais profunda dos fenômenos quânticos.
O condensado de Bose-Einstein é um desses estados da matéria que ocorre em temperaturas muito baixas. Neste estado, a maioria das partículas constituintes do condensado estão no chamado "estado fundamental, "em sua energia mais baixa possível, e fenômenos quânticos microscópicos podem ser facilmente observados. Interessantemente, este estado também pode ser exibido por quasipartículas, que não são partículas reais, mas representam excitações microscópicas coletivas em um sistema e podem, portanto, ser usados para descrever o sistema de uma forma simplificada, ainda de maneira muito útil.
Magnons, um tipo de quasipartícula que se manifesta em materiais magnéticos, são excitações coletivas originadas de elétrons em um cristal. Os magnons podem normalmente pular entre diferentes locais no cristal; Contudo, em alguns compostos e sob o efeito de um campo magnético, eles podem ficar presos em uma situação tipo pega-22, o que resulta em cristalinidade rígida. Este é um fenômeno quântico muito interessante, chamado "cristalização de magnons, "em que se diz que os magnons estão em um estado de" frustração ".
Para explorar este efeito peculiar, uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Hidekazu Tanaka da Tokyo Tech trabalhou na caracterização das excitações magnéticas que ocorrem em um isolador magnético, BA 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 . Eles realizaram experimentos de espalhamento de nêutrons, em que feixes de nêutrons foram disparados sobre Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 cristais em diferentes energias e ângulos para determinar as propriedades dos cristais. Com base nos resultados desses experimentos, a equipe demonstrou que a cristalização do magnon ocorre em Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 e atribuiu a origem deste estado ordenado às interações eletrônicas fundamentais no material, de uma perspectiva da mecânica quântica. "Até recentemente, estudos experimentais sobre a cristalização de magnons foram limitados ao composto de Shastry-Sutherland SrCu 2 (BO 3 ) 2 , e este estudo é uma tentativa de investigar este fenômeno quântico fascinante em um material diferente, "comenta o Prof. Tanaka.
Compreender a ordem dos magnons e seus efeitos nas propriedades magnéticas micro e macroscópicas dos cristais pode fornecer aos pesquisadores uma visão valiosa para correlacionar a física da matéria condensada com os princípios da mecânica quântica. "Este trabalho mostra que ímãs quânticos altamente frustrados fornecem playgrounds para partículas quânticas em interação, "conclui o Prof. Tanaka. Estudos adicionais são necessários para entender melhor o Ba 2 CoSi 2 O 6 Cl 2 sistema e ganhar uma posição mais profunda na mecânica quântica e suas aplicações potenciais.
