NNnnNowe kwazicząstki w magnetykach Henryk Szymczak Instytut Fizyki PAN Zjazd Fizyków 2015 1
Enrico Fermi: nigdy nie należy lekceważyć przyjemności, jaką każdy z nas odczuwa, słysząc coś, o czym już wie Zjazd Fizyków 2015 2
Plan prezentacji 1. Magnony 2. Lód spinowy i monopole magnetyczne 3. Sztuczny lód spinowy i monopole magnetyczne 4. Skyrmiony 5. Wnioski Zjazd Fizyków 2015 3
Magnony Frustracja Chiralność Zjazd Fizyków 2015 4
FALE SPINOWE, MAGNONY 1905-1983 Nagroda Nobla 1952- NMR Feliks BLOCH 1930 r. Zjazd Fizyków 2015 5
Z. Physik 61, 206 (1930): Zjazd Fizyków 2015 6
Fale spinowe Zjazd Fizyków 2015 7
Wskutek uwzględnienia kwantowej natury spinów fale spinowe podlegają skwantowaniu MAGNONY. Obecność członu poprzecznego w oddziaływaniu wymiennym powoduje, że odwrócenie spinu przemieszcza się po sieci. W niskich temperaturach amplituda fal spinowych jest mała i dlatego oddziaływanie pomiędzy falami można zaniedbać stany wzbudzone powyżej stanu podstawowego przybliża się przez zbiór niezależnych fal spinowych Zjazd Fizyków 2015 8
nnppprawo Blocha Prawo Blocha nmm Zjazd Fizyków 2015 9
Zjazd Fizyków 2015 10
Zjazd Fizyków 2015 11
Zjazd Fizyków 2015 12
Gieniusz et al.,apl 2013 Zjazd Fizyków 2015 13
Magnony Frustracja Chiralność Zjazd Fizyków 2015 14
Frustracja to zespół przykrych emocji związanych z niemożnością realizacji potrzeby lub osiągnięciu określonego celu. Frustracja przejawia się agresywnym zachowaniem skierowanym na przeszkodę działania. Jest rodzajem stresu Etym. - łac. frustratio 'rozczarowanie; omamienie; chybienie' od frustra 'na próżno' Zjazd Fizyków 2015 15
Zjawisko spinowej frustracji geometrycznej w magnetykach występuje w sytuacji niedopasowania lokalnych oddziaływań wymiennych (głównie antyferromagnetycznych) z symetrią sieci krystalicznej. Frustracja ładunkowa Zjazd Fizyków 2015 16
Zjazd Fizyków 2015 17
Zjazd Fizyków 2015 18
Zjazd Fizyków 2015 19
Zjazd Fizyków 2015 20
Zjazd Fizyków 2015 21
Classical Heisenberg AFM b c c Triangular a a b a b b Kagome Three sublattice N eel state Macroscopic degeneracy Zjazd Fizyków 2015 22
Zjazd Fizyków 2015 23
Monopole magnetyczne Zjazd Fizyków 2015 24
Zjazd Fizyków 2015 25
Zjazd Fizyków 2015 26
27
Lód krystaliczny Zjazd Fizyków 2015 28
Zjazd Fizyków 2015 29
Linus Carl Pauling Nagroda Nobla, 1954 Zjazd Fizyków 2015 30
Lód spinowy Ho 2 Ti 2 O 7 Dy 2 Ti 2 O 7 Zjazd Fizyków 2015 31
Zjazd Fizyków 2015 32
Zjazd Fizyków 2015 33
Zjazd Fizyków 2015 34
Monopole magnetyczne w lodzie spinowym C. Castelnovo, R. Moessner, S. L. Sondhi, Nature 451, 42 (2008). Zjazd Fizyków 2015 35
Ho 2 Ti 2 O 7 5 I 8 stan podstawowy 8, 8> entropia w T = 0 K S>0 Brak LRO Zjazd Fizyków 2015 36
Zjazd Fizyków 2015 37
Zjazd Fizyków 2015 38
Prąd magnetyczny S.T.Bramwell et al., Nature, 2009 SR Przewodnictwo elektrolitów 2H 2 O = H 3 O + + OH - Zjazd Fizyków 2015 39
Ładunek magnetyczny = q m = 5μ B /Å ~ 1/8000 monopolu Dirac a Zjazd Fizyków 2015 40
Dowody istnienia monopoli magnetycznych 1. Rozpraszanie (spolaryzowanych) neutronów (T.Fennel et al.., Science,2009; H.Kadowaki et al.,j.phys.soc.japan, 2009) 2. Ciepło właściwe (D.J.P. Morris, Science, 2009) 3. Relaxation of M(L. D. C. Jaubert and P. C.W. Holdsworth,Nature-physics,2009) Zjazd Fizyków 2015 41
Sztuczny lód spinowy R.F.Wang et al. (Nature,2006) Zjazd Fizyków 2015 42
Zjazd Fizyków 2015 43
Zjazd Fizyków 2015 44
Zjazd Fizyków 2015 45
Zjazd Fizyków 2015 46
Zjazd Fizyków 2015 47
Skyrmiony Sieć skyrmionów w chiralnym magnetyku MnSi Sieć wirów w nadprzewodnikach II rodzaju Zjazd Fizyków 2015 48
Skyrmion- kwazicząstka; może istnieć tylko w materiale uporządkowanym magnetycznie. Jest to najmniejsze możliwe zakłócenie jednorodnego namagnesowania. To punktowe zakłócenie stanu magnetycznego posiada namagnesowanie przeciwne do namagnesowania otoczenia i jest otoczone wiropodobnym obszarem pośrednim. Zjazd Fizyków 2015 49
Zjazd Fizyków 2015 50
Mechanizmy generowania skyrmionów: Anizotropia prostopadła, H warstwy Oddziaływanie Działoszynskiego-Moriyi w kryształach bez centrum inwersji; rozmiar dziesiątki nm Odziaływania dipolowe; rozmiar 1 μm Zjazd Fizyków 2015 51
Magnony Frustracja Chiralność Zjazd Fizyków 2015 52
Chiralność definicja Obiekt chiralny: nie nakłada się na swoje lustrzane odbicie Zjazd Fizyków 2015 53
Chiralność definicja Obiekty achiralne i chiralne Obiekt achiralny nakłada się na swoje lustrzane odbicie Zjazd Fizyków 2015 54
Zjazd Fizyków 2015 55
Zjazd Fizyków 2015 56
Zjazd Fizyków 2015 57
Zjazd Fizyków 2015 58
Zjazd Fizyków 2015 59
Zjazd Fizyków 2015 60
Zjazd Fizyków 2015 61
Zjazd Fizyków 2015 62
MnSi Zjazd Fizyków 2015 63
Zjazd Fizyków 2015 64
Zjazd Fizyków 2015 65
Zjazd Fizyków 2015 66
Zjazd Fizyków 2015 67
Zjazd Fizyków 2015 68
Zjazd Fizyków 2015 69
Wnioski Bogactwo stanów niejednorodnego namagnesowania (struktura domenowa, wiry),analogi w nadprzewodnikach, multiferroikach Rozwój doświadczalny 2D symulacji (sztuczny lód spinowy, 2D skyrmiony- magnonika) Nowe kierunki badawcze: magnonika, skyrmionika, magnetyczność (magnetricity) Zjazd Fizyków 2015 70
Dziękuję za uwagę Zjazd Fizyków 2015 71