Un rezultat științific remarcabil al cercetătorilor Institutului de Fizică Aplicată al AȘM, în colaborare cu cercetătorii din Elveția și Germania.

 

Stările magnetice de tip „Spin-Liquid” se află în vizorul cercetătorilor din domeniul fizicii materialelor magnetice moderne. Acestea reprezintă stări magnetice de bază noi care au fost prezise teoretic pentru sisteme de spini cu interacțiuni de schimb puternice, dar, datorită efectelor de frustrații nu manifestă ordonarea antiferomagnetică până la temperaturi foarte mici. Încă aproximativ 10 ani în urmă, un grup de cercetători de la Departamentul Fizică Experimentală, condus de Prof., Dr. Alois Loidl, de la Centrul de Corelații Puternice și Magnetism al Universității din Augsburg, Germania, în colaborare cu cercetătorii de la Institutul de Fizică Aplicată al AȘM, Laboratorul Fizica Compușilor Semiconductori „S. Radauțan”, din grupul dr. habilitat Vladimir Țurcan, au demonstrat proprietățile structurale, magnetice și termodinamice pentru doi compuși cu frustrații magnetice puternice și anume - compușii ternari MnSc₂S₄ și FeSc₂S₄ cu structura de tip spinel. În ambii compuși, ionii magnetici ocupă numai pozițiile tetraedrice A, care reprezintă rețeaua de tip diamant.

 

De menționat că la doar trei ani după realizarea acestei lucrări, abordările teoretice pentru sisteme cu aranjarea ionilor magnetici în rețeaua adamantină, efectuate de cercetătorii sub conducerea profesorului Leon Balents de la Universitatea din California, la Santa Barbara, SUA, au prezis realizarea stărilor magnetice de tip Spin-Liquid cu corelații dinamice între spini fără ordonarea magnetică la distanță mare, în pofida prezenței interacțiunilor de schimb puternice. Pentru compusul MnSc₂S₄  a fost propusă starea magnetică nouă de tip, „Spiral Spin-Liquid”, în care starea magnetică de bază prezintă un set de spirale coplanare.

 

Autorii au prezis că vectorul de propagare a spiralelor formează o suprafață unică cu fluctuații de spin în spațiul de moment și au propus a evidenția aceste stări cu ajutorul împrăștierii de neutroni. La acel moment, susțin autorii, experimente nu au fost posibile, deoarece monocristalele acestui compus nu existau. După 10 ani de muncă intensă, la Institutul de Fizică al AȘM și Universitatea din Augsburg, dr. Țurcan a reușit să obțină monocristale perfecte ale acestui compus cu inversia minimă și dimensiuni relativ mari, care au devenit oportune pentru efectuarea experimentelor cu difracția de neutroni. Potrivit autorilor, aceste experimente au fost efectuate recent la Centrul Heinz Maier-Leibnitz în Munich, precum și la Spallation neutron source SINQ de la Institutul Paul Scherrer din Villingen, Elveția de un grup de cercetători sub conducerea Dr. Oksana Zaharko și Dr.Christian Rüegg.

 

Rezultatul principal al acestei lucrări este ilustrat în figura de mai jos, fapt ce compară rezultatele experimentale cu cele teoretice, care demonstrează o concordanță formidabilă. Acest rezultat extraordinar al colaborării științifice dintre cercetătorii de la Institutul de Fizica Aplicată  cu colegii din Elveția și Germania a fost publicat în revista Nature Physics cu factorul de impact cel mai înalt pentru lucrările din domeniul fizicii. De precizat, că materialele studiate aparțin unui grup de materiale magnetice moderne care sunt de perspectivă pentru designul dispozitivelor informaționale cu capacitate sporită și anume în dispozitive spintronice pentru calculatoare de generație nouă.

 

Figura: (c) Intensitatea împrăștierii difuze în monocristalele MnSc₂S₄ în planul (HK0) măsurate la temperatura 2.9 K [3] (S. Gao ș.a., Nature Physics, October 24, 2016, AOP), comparată cu simularea Monte-Carlo (d) pentru corelațiile de tip „Spin-Spiral” folosind modelul teoretic al lui Balents [2] (D. Bergman, ș.a., Nature Physics 3, 487, 2007).

Eugenia Tofan,

Centrul Media al AȘM