Obracanie wpływa na krystaliczną strukturę stałego tlenu pod wpływem ekstremalnych pól magnetycznych, wykazało badanie

8 listopada 2025      funkcja

autorstwa Ingrid Fadelli, Phys.org

współpracujący autor

redagowane przez                                                                               Sadie Harley, oceniane przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Artykuł ten został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X.                                                                 Redaktorzy zwrócili uwagę                                                                 na następujące cechy, dbając o wiarygodność treści:

Zweryfikowane faktycznie

publikacja z recenzją

zaufane źródło

adyktowane przeprowadzenie

Umieszczanie materiałów pod skrajnie silnymi polami magnetycznymi może prowadzić do nietypowych i fascynujących zjawisk fizycznych lub zachowań. Konkretnie, badania pokazują, że pod polami magnetycznymi powyżej 100 tesli (T), spinów (tj. wrodzonych orientacji magnetycznych elektronów) oraz atomy zaczynają tworzyć nowe układy, sprzyjając nowym fazom materii lub rozciągając sieć krystaliczną.

Jednym z efektów fizycznych, który może wystąpić w tych skrajnych warunkach, jest znany jako magnetostrykcja. Ten efekt stymuluje strukturę krystaliczną materiału do rozciągnięcia, skurczenia lub deformacji.

Gdy w warunkach eksperymentalnych generowane są pola magnetyczne powyżej 100 T, mogą być one utrzymywane tylko przez bardzo krótki czas, zazwyczaj tylko przez kilka mikrosekund. Dzieje się tak, ponieważ ich generowanie stwarza duże obciążenie na druty stosowane do generowania pól (tj. cewki), powodując ich przerwanie praktycznie natychmiast.

Badacze z Uniwersytetu Elektrokomunikacji w Tokio, RIKEN i innych instytutów w Japonii opracowali niedawno nowy sprzęt do krótkotrwałego generowania skrajnie silnych pól magnetycznych w okolicach 110 T, a następnie rejestrowania pozycji atomów w materiałach pod tymi polami.

W opublikowanym artykule w czasopiśmie Physical Review Letters, zgłosili nowe spostrzeżenia, które uzyskali, stosując te metody do badania tlenku stałego.

'Głównym celem badania jest eksploracja skrajnego świata ultrawysokich pól magnetycznych w zakresie od 100 do 1000 T,' powiedział Phys.org Akihiko Ikeda, pierwszy autor artykułu. 'W badaniu przeprowadziliśmy eksperyment rentgenowski powyżej 100 T po raz pierwszy, co jest istotne z punktu widzenia eksploracji frontu.'

Aby przeprowadzić swoje eksperymenty, Ikeda i jego koledzy wykorzystali przenośny generator pola magnetycznego, który opracowali, o nazwie PINK-02. Ten generator pozwolił im wygenerować skrajnie silne pole magnetyczne o wartości około 110 T przez kilka mikrosekund.

Następnie badacze wykorzystali technologię laserową do wystrzału ultra-szybkich impulsów rentgenowskich XFEL w kierunku kryształów stałego tlenu, które były narażone na to skrajnie silne pole magnetyczne. Ten sposób pozwolił im zrobić zdjęcia, które pokazały pozycje atomów tlenu stałego podczas pulsacji magnetycznej.

'Nowością naszego artykułu jest nowo opracowany przenośny generator 100 T o nazwie PINK-02, który jest istotny dla badania,' wyjaśnił Ikeda. 'Ten generator został połączony z wolnym laserem rentgenowsym, co jest możliwe tylko ze względu na przenośność PINK-02.'

Ostatecznie zespół przeanalizował zdjęcia i porównał położenia atomów przed i podczas dostarczania tlenu stałego do pola magnetycznego 110 T. To przyniosło interesujące wyniki, pokazujące, że kryształ uległ gigantycznej magnetostrykcji i został rozciągnięty o około 1%.

Badacze zestawili magnetostrykcję, którą zaobserwowali, z konkurującymi oddziaływaniami spinowymi i siłami sieciowymi pod silnymi polami magnetycznymi. Dlatego ich praca sugeruje, że pod polami magnetycznymi powyżej 100 T, spiny wpływają na strukturę kryształu materiałów stałych, zwłaszcza tlenu stałego.

W przyszłości opracowany przez nich generator pola magnetycznego i laser rentgenowski mogą być używane do badania innych materiałów w tych samych skrajnych warunkach.

'Nasze wyniki pokazują, że spiny mogą wpływać na stabilność struktury kryształu materiału, w przypadku naszego badania, na tlen stały,' dodał Ikeda.

'Teraz będziemy próbować odkryć strukturę kryształu tlenu stałego zwanej fazą θ, zwiększając dalszo dostępne pola magnetyczne do 120 do 130 T i odkryjemy zmiany struktury kryształu w różnych materiałach powyżej 100 T.'

Napisane dla ciebie przez naszą autorkę Ingrid Fadelli, redagowane przez Sadie Harley, zweryfikowane faktycznie i zrecenzowane przez Roberta Egan - ten artykuł jest wynikiem starannej pracy ludzkiej. Polegamy na czytelnikach takich jak ty, aby utrzymywać niezależną dziennikarstwo naukowe przy życiu. Jeśli ta relacja ma dla ciebie znaczenia, rozważ przekazanie darowizny (szczególnie miesięcznie). Otrzymasz bezreklamowe konto jako podziękowanie.

Więcej informacji: Akihiko Ikeda et al, X-Ray Free-Electron Laser Observation of Giant and Anisotropic Magnetostriction in β-O2 at 110 Tesla, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/r7br-qnrn.

Informacje o czasopiśmie: Physical Review Letters

© 2025 Sieć Science X