Bethe Strings experimentell beobachtet

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Kondensierte Materie: Bethe strings experimentell beobachtetVor neunzig Jahren postulierte der Physiker Hans Bethe, dass in bestimmten magnetischen Festkörpern ungewöhnliche Muster, so genannte Bethesche Strings, auftreten.

Nun ist es einem internationalen Team erstmals gelungen, solche Bethe-Saiten experimentell nachzuweisen.

Sie nutzten Neutronenstreuexperimente an verschiedenen Neutronenanlagen, einschließlich des einzigartigen Hochfeldmagneten des BER II am HZB.

Die experimentellen Daten stimmen in hervorragender Weise mit der theoretischen Vorhersage von Bethe überein und beweisen einmal mehr die Kraft der Quantenphysik.Die regelmäßige Anordnung der Atome in einem Kristall ermöglicht komplexe Wechselwirkungen, die zu neuen Materiezuständen führen können.

Einige Kristalle haben magnetische Wechselwirkungen nur in einer Dimension, d.h.

sie sind magnetisch eindimensional.

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Wenn außerdem aufeinanderfolgende magnetische Momente in entgegengesetzte Richtungen zeigen, besteht der Kristall aus einem eindimensionalen Antiferromagneten.

Hans Bethe beschrieb dieses System erstmals 1931 theoretisch und sagte auch das Vorhandensein von Erregungen von Strings von zwei oder mehr aufeinander folgenden Momenten, die in eine Richtung zeigen, so genannte Bethe-Strings, voraus.Diese Stringzustände konnten jedoch unter normalen experimentellen Bedingungen nicht beobachtet werden, da sie instabil und durch die anderen Merkmale des Systems verdeckt sind.

Der Trick, der in dieser Arbeit verwendet wird, besteht darin, die Strings durch Anlegen eines Magnetfeldes zu isolieren.Nun konnte eine internationale Kooperation um die HZB-Physikerin Bella Lake und ihren Kollegen Anup Bera erstmals in einem realen Festkörper Bethe-Saiten experimentell identifizieren und charakterisieren.

Das Team stellte Kristalle aus SrCo2V2O8 her, einem eindimensionalen Antiferromagneten, der ein Modellsystem darstellt.

Nur die Kobaltatome haben magnetische Momente, sie sind alle in einer Richtung ausgerichtet und benachbarte Momente heben sich gegenseitig auf.An der Berliner Neutronenquelle BER II konnte die Probe mit Neutronen unter extrem hohen Magnetfeldern von bis zu 25,9 Tesla untersucht werden.

Aus den Daten erhielten die Physiker ein Phasendiagramm der….

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