وبلاگ

طیف سنجی میون یک تکنیک تجربی مهم است که دانشمندان برای مطالعه خواص مغناطیسی مواد از آن استفاده می کنند. این بر اساس “کاشت” یک میون قطبی اسپین در کریستال و اندازه گیری چگونگی تاثیر رفتار آن توسط محیط آن است.

این تکنیک بر این ایده متکی است که میون مکان کاملاً مشخصی را اشغال می کند که عمدتاً توسط نیروهای الکترواستاتیک تعیین می شود و می توان آن را با محاسبه ساختار الکترونیکی ماده پیدا کرد.

اما یک مطالعه جدید به رهبری دانشمندان در ایتالیا، سوئیس، بریتانیا و آلمان نشان داد که حداقل برای برخی از مواد، این پایان ماجرا نیست: مکان میون می تواند به دلیل یک اثر شناخته شده اما قبلا نادیده گرفته شده تغییر کند. مغناطیس انقباض

پیترو بونفا از دانشگاه پارما، نویسنده اصلی مطالعه منتشر شده در نامه معاینه فیزیکیتوضیح می‌دهد که گروه و همکارانش در دانشگاه آکسفورد (بریتانیا) حداقل برای یک دهه از شبیه‌سازی‌های نظریه تابعی چگالی (DFT) برای یافتن مکان‌های میون استفاده کرده‌اند.

ما با موارد دشواری مانند اکسید یوروپیوم و اکسید منگنزدر هر دو مورد، ما نتوانستیم راهی معقول برای تطبیق پیش‌بینی‌ها و آزمایش‌های DFT پیدا کنیم.»

سپس سیستم‌های ساده‌تری را آزمایش کردیم و پیش‌بینی‌های بسیار موفقی داشتیم، اما این دو مورد واقعاً ما را آزار می‌داد. این ترکیبات باید آسان باشند، اما در عوض بسیار پیچیده بودند و ما متوجه نشدیم که چه خبر است. اکسید منگنز یک مورد کتاب درسی از یک سیستم ضد فرومغناطیسی است، و ما نمی‌توانیم نتایج طیف‌سنجی میون را برای آن توضیح دهیم، که کمی نگران‌کننده بود.

او توضیح داد که مشکل، تضاد بین انتظار یافتن میون در موقعیت تقارن بالا و تمایل شناخته شده آن به پیوند با اتم‌های اکسیژن است. نظم ضد فرومغناطیسی ماده تقارن را کاهش می دهد و موقعیت نزدیک اتم های اکسیژن با آزمایش ها ناسازگار می شود.

بونفا مشکوک بود که توضیح ممکن است مربوط به ماده ای باشد که در حال گذار فاز مغناطیسی است و شروع به تلاش برای بازتولید این پدیده در شبیه سازی اکسید منگنز کرد.

او گفت: «از آنجایی که این یک سیستم پیچیده است، شما باید برخی اصلاحات را مانند پارامتر U Hubbard به DFT اضافه کنید. اما ما مقدار آن را به صورت تجربی انتخاب کردیم، و وقتی این کار را انجام می‌دهید، با عدم قطعیت زیادی مواجه می‌شوید و نتایج بسته به مقداری که انتخاب می‌کنید می‌تواند به‌طور چشمگیری تغییر کند.»

با این حال، شبیه‌سازی‌های اولیه بونفا نشان می‌دهد که موقعیت‌های میون را می‌توان توسط مغناطیسی کنترل کرد، پدیده‌ای که باعث می‌شود یک ماده در طول مغناطیسی شکل و ابعاد خود را تغییر دهد. برای اثبات بدون شک، او با آزمایشگاه‌های MARVEL در EPFL و PSI نیکولا مارزاری و جیووانی پیتزی همکاری کرد.

یوری تیمروف، دانشمند آزمایشگاه شبیه‌سازی مواد در PSI و یکی از نویسندگان این مقاله، توضیح می‌دهد: «ما از یک روش پیشرفته به نام DFT+U+V استفاده کردیم که برای دقیق‌تر کردن شبیه‌سازی‌ها بسیار مهم بود. مطالعه.

این روش به لطف استفاده از تئوری اغتشاش تابعی چگالی برای DFT+U+V، که در MARVEL توسعه یافته و در MARVEL توسعه داده شده است، می‌تواند با پارامترهای U و V Hubbard در محل استفاده شود که از اصول اولیه به جای انتخاب تجربی محاسبه می‌شوند. پکیج کوانتوم اسپرسو

بونفا می افزاید: «اگرچه از قبل می دانستیم که انقباض مغناطیسی در کار است، داشتن اطلاعات درست در مورد بلوک های سازنده شبیه سازی بسیار مهم بود، و این از کار یوری بود.

در پایان، راه حل معما نسبتا ساده بود: مغناطیس انقباض، که برهمکنش بین درجات آزادی مغناطیسی و الاستیک در ماده است، باعث انتقال فاز مغناطیسی در MnO در 118K می شود، جایی که محل میون تغییر می کند. بالاتر از این دما، میون در اطراف شبکه‌ای از مکان‌های معادل جاسازی می‌شود – که رفتار غیرعادی مشاهده‌شده در آزمایش‌های دمای بالا را توضیح می‌دهد.

دانشمندان انتظار دارند که همین امر برای بسیاری از اکسیدهای مغناطیسی دیگر که از نمک سنگ ساخته شده اند نیز صادق باشد.

تیمروف توضیح می‌دهد که در آینده، این گروه می‌خواهد به مطالعه مواد مشابه، از جمله اثرات دما، با استفاده از تکنیک پیشرفته دیگری که در MARVEL توسعه یافته است، به نام تقریب هارمونیک خودسازگار تصادفی ادامه دهد.

علاوه بر این، و با همکاری گروه جیووانی پیتزی در موسسه پل شرر، این رویکرد از طریق در دسترس جامعه قرار خواهد گرفت. AiiDAlab رابط به طوری که همه آزمایش کنندگان بتوانند از آن برای تحقیقات خود استفاده کنند.