14:09 2024-01-26
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ În căutarea muonilor: de ce schimbă locurile în oxizi antiferomagnetici
_ În căutare de muoni: de ce schimbă locurile în oxizi antiferomagnetici
Spectroscopia muonilor este o tehnică experimentală importantă pe care oamenii de știință o folosesc pentru a studia proprietățile magnetice ale materialelor. Se bazează pe „implantarea” unui muon polarizat cu spin în cristal și măsurarea modului în care comportamentul acestuia este afectat de mediul înconjurător.
Tehnica se bazează pe ideea că muonul va ocupa un loc bine identificat care este determinată în principal de forțele electrostatice și aceasta poate fi găsită prin calcularea structurii electronice a materialului.
Dar un nou studiu condus de oameni de știință din Italia, Elveția, Marea Britanie și Germania a constatat că, cel puțin pentru unele materiale , acesta nu este sfârșitul poveștii: locul muonului se poate schimba din cauza unui efect bine-cunoscut, dar neglijat anterior, magnetostricția.
Pietro Bonfà de la Universitatea din Parma, autorul principal al studiului publicat în Physical Review Letters, explică că grupul său și colegii lor de la Universitatea din Oxford (Marea Britanie) au folosit simulări ale teoriei densității-funcționale (DFT) de cel puțin un deceniu pentru a găsi site-uri de muoni.
„Am început cu cazuri complicate, cum ar fi oxidul de europiu și oxidul de mangan și, în ambele cazuri, nu am putut găsi o modalitate rezonabilă de a reconcilia predicțiile DFT și experimentele", spune el.
"Am testat apoi sisteme mai simple și am avut multe predicții reușite, dar acele două cazuri ne deranjau cu adevărat. Acești compuși ar trebui să fie ușori și, în schimb, s-au dovedit a fi super complicati și nu am înțeles ce se întâmplă. Oxidul de mangan este un caz manual al unui sistem antiferomagnetic și nu am putut explica rezultatele spectroscopiei cu muoni pentru acesta, ceea ce a fost puțin jenant.”
Problema, explică el, a fost contradicția dintre așteptarea de a găsi muonul într-o poziție de simetrie ridicată și tendința sa binecunoscută de a face legături cu atomii de oxigen.Ordinea antiferomagnetică a materialului reduce simetria, iar poziția apropiată de atomii de oxigen devine incompatibilă cu experimentele.
Bonfà a bănuit că explicația ar putea fi legată de materialul care trece printr-o tranziție de fază magnetică și a început să încerce să reproducă fenomenul în simulări ale oxidului de mangan.
„Deoarece este un sistem complicat, trebuie să adăugați câteva corecții. la DFT, cum ar fi parametrul Hubbard U", a spus el. "Dar noi îi alegeam valoarea în mod empiric, iar când faci asta, ai multă incertitudine, iar rezultatele se pot schimba dramatic în funcție de valoarea pe care o alegeți."
Totuși, simulările inițiale ale lui Bonfà au sugerat că pozițiile muonilor ar putea fi determinate de magnetostricție, un fenomen care face ca un material să își schimbe forma și dimensiunile în timpul magnetizării. Pentru a dovedi fără îndoială, a făcut echipă cu laboratoarele MARVEL de la EPFL și PSI ale lui Nicola Marzari și Giovanni Pizzi.
„Am folosit o metodă de ultimă generație numită DFT+U+V, ceea ce a fost foarte important pentru a face simulările mai precise”, explică Iurii Timrov, om de știință în cadrul Laboratorului de Simulare a Materialelor de la PSI și coautor al studiului.
Această metodă poate fi utilizată cu U la fața locului și intersite. V Parametri Hubbard care sunt calculați din primele principii în loc să fie aleși empiric, datorită utilizării teoriei perturbației funcționale de densitate pentru DFT+U+V care a fost dezvoltată în cadrul MARVEL și implementată în pachetul Quantum ESPRESSO.
„Deși ne-am dat seama deja că magnetostricția este în joc, a avea informații corecte despre blocurile de construcție ale simulării a fost foarte important, iar asta a venit din munca lui Iurii”, adaugă Bonfà.
În final, soluția puzzle-ului a fost relativ simplă: magnetostricția, care este interacțiunea dintre gradele de libertate magnetice și elastice din material, determină o tranziție de fază magnetică în MnO la 118K, la care comutatoare de site muon. Peste această temperatură, muonul devine delocalizat în jurul unei rețele de site-uri echivalente – ceea ce explică comportamentul neobișnuit observat în experimentele la temperaturi ridicate.
Oamenii de știință se așteaptă ca același lucru să fie valabil și pentru multe alte structuri structurate cu sare roșie. oxizi magnetici.
În viitor, explică Timrov, grupul dorește să continue să studieze același material, inclusiv efectele temperaturii, folosind o altă tehnică avansată dezvoltată în MARVEL și numită aproximare armonică auto-consistentă stocastică.
În plus, și în colaborare cu grupul lui Giovanni Pizzi de la Institutul Paul Scherrer, această abordare va fi pusă la dispoziție comunității prin interfața AiiDAlab, astfel încât toți experimentații să o poată folosi pentru propriile studii.
Comentarii:
Adauga Comentariu