| dbo:abstract
|
- Unter Spin-Eis versteht man Materialien, bei denen sich die magnetischen Momente im Material analog zu den Protonen in Wassereis verhalten. 1935 stellte Linus Pauling fest, dass die Struktur von Eis (d. h. der festen Phase von Wasser) Freiheitsgrade hat, die auch am absoluten Nullpunkt existieren sollten. Dies bedeutet, dass auch bei Abkühlung zum absoluten Nullpunkt eine residuale Entropie (d. h. eine intrinsische Unordnung) erhalten bleibt. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass Eis Sauerstoffatome mit vier benachbarten Wasserstoffatomen enthält. Für jedes Sauerstoffatom sind je zwei Wasserstoffatome näher (diese bilden das traditionelle H2O-Molekül) und zwei weiter entfernt (diese entsprechen Wasserstoffatomen weiter entfernter Moleküle). Pauling stellte fest, dass die Konfiguration, die dieser „Zwei-nah-Zwei-fern-Regel“ entspricht, nichttrivial ist und demzufolge auch eine nichttriviale Entropie nach sich zieht. Dies ist ein Beispiel für geometrische Frustration. Paulings Überlegungen wurden experimentell verifiziert, auch wenn reine Wassereiskristalle schwer herzustellen sind. In Spin-Eis liegen Tetraeder aus Ionen vor, die alle einen nichtverschwindenden Spin haben. Diese müssen, aufgrund der Wechselwirkungen zwischen benachbarten Ionen, analog zu dem oben diskutierten Fall des Eises ebenfalls einer „Zwei-nah-Zwei-fern-Regel“ genügen. Spin-Eis zeigt deshalb die gleichen residualen Entropien wie Wassereis. Abhängig von den für das Spin-Eis verwendeten Materialien sind große, einzelne Kristalle in diesem Fall aber leichter herzustellen als reine Wassereiskristalle. Darüber hinaus sorgt die Wechselwirkung der Ionenspins mit einem Magnetfeld dafür, dass diese Materialien besser dafür geeignet sind, die residualen Entropien zu untersuchen. Während Philip Anderson schon 1956 den Zusammenhang zwischen dem frustrierten Ising-Antiferromagneten auf einem Tetraedergitter aus Pyrochlor und dem Paulingschen Wassereisproblem erkannte, wurden echte Spin-Eis-Materialien erst 1997 entdeckt. Die ersten als Spin-Eis identifizierten Materialien waren die Pyrochlore Ho2Ti2O7,Dy2Ti2O7 und Ho2Sn2O7. Ferner wurden auch deutliche Hinweise veröffentlicht, dass Dy2Sn2O7 ebenfalls ein Spin-Eis ist. Spin-Eis ist charakterisiert durch eine Unordnung der magnetischen Ionen sogar bei sehr niedrigen Temperaturen. Messungen der dynamischen magnetischen Suszeptibilität liefern Hinweise auf ein dynamisches Einfrieren der magnetischen Momente unterhalb von Temperaturen bei denen die spezifische Wärme ein Maximum aufweist. Spin-Eis-Materialien sind frustrierte magnetische Systeme. Während Frustration normalerweise mit dreieckigen oder tetraedrischen Anordnungen von magnetischen Momenten verbunden wird, die über antiferromagnetische Austauschwechselwirkungen gekoppelt werden, sind die Verhältnisse bei Spin-Eis-Materialien komplizierter: Es handelt sich um frustrierte Ferromagnete. Das lokal wirkende, starke Kristallfeld zwingt die magnetischen Momente entweder in den Tetraeder hinein oder aus dem Tetraeder hinaus zu zeigen, was zu einem antiferromagnetisch wechselwirkenden frustrierten "Austausch"-System äquivalent ist. In Wirklichkeit liegt aber antiferromagnetische Wechselwirkung gar nicht vor, sondern verantwortlich für die Frustration sind die langreichweitigen magnetischen Dipolwechselwirkungen, und nicht die Austauschwechselwirkungen nächster Nachbarn. Aus der Frustration resultiert die „Zwei-rein-Zwei-raus-Spinorientierung“, und damit der Spin-Eis-Zustand. Im Spin-Eis wurden 2008 das erste Mal magnetische Quasi-Monopole nachgewiesen und gemessen. Sie sind Quellen der Magnetisierung, aber nicht des magnetischen Flusses; dieser ist nach wie vor divergenzfrei. (de)
- Se conoce como hielos de espín a una clase de sistemas magnéticos que presentan una gran entropía residual a bajas temperaturas, esto es, un gran número de estados de la misma energía que llevan a un desorden irresoluble, en semejanza y por mecanismos similares a la que presenta el hielo de agua pura. Estos sistemas presentan frustración geométrica, esto es, por su estructura mantienen grados de libertad de espín que les llevan a un estado fundamental degenerado. Recientemente, se han llevado a cabo experimentos que apuntan a la existencia de monopolos magnéticos sin confinar en estos materiales, con propiedades análogas a las de los hipotéticos monopolos magnéticos que se postula puedan existir en el vacío. El mismo tipo de efecto fue postulado inicialmente para el hielo de agua por Linus Pauling en 1935, al notar que su estructura exhibía grados de libertad que podrían existir incluso en cero absoluto. Esto es, que incluso al enfriar agua a cero absoluto, se esperaría que el hielo tuviera una entropía residual (por ejemplo, aleatoriedad intrínseca). Esto es el resultado de que la estructura del hielo contiene átomos de oxígeno con cuatro átomos de hidrógeno vecinos. Para cada átomo de oxígeno, dos de los hidrógenos se encuentran más cerca (formando la molécula tradicional de H2O), y los otros dos se encuentran más alejados (siendo los átomos de hidrógeno vecinos de las moléculas de agua). Lo que Pauling notó fue que el número de configuraciones que se conformaban con esta regla de "dos cerca dos lejos" no era trivial, y, por lo tanto, no se esperaba que la entropía del hielo fuera trivial. Los hallazgos de Pauling fueron confirmados por experimentación, aunque los cristales de hielo puro de agua son particularmente difíciles de crear. Los hielos de espín son materiales que consisten en un tetraedro de iones, de los cuales cada uno no posee un spin de cero, que a su vez satisface la regla dos-cerca, dos-lejos análogo al hielo debido a las interacciones de canje entre iones adyacentes. Estos materiales presentan las mismas propiedades residuales que el hielo de agua. Sin embargo, dependiendo del material, puede ser más fácil crear materiales de hielos de espín que hielos de espín de agua. Además, la interacción de un campo magnético con los espines convierten a los materiales de hielos de espín en mejores candidatos para examinar la entropía residual que en el hielo de agua. (es)
- A spin ice is a magnetic substance that does not have a single minimal-energy state. It has magnetic moments (i.e. "spin") as elementary degrees of freedom which are subject to frustrated interactions. By their nature, these interactions prevent the moments from exhibiting a periodic pattern in their orientation down to a temperature much below the energy scale set by the said interactions. Spin ices show low-temperature properties, residual entropy in particular, closely related to those of common crystalline water ice. The most prominent compounds with such properties are dysprosium titanate (Dy2Ti2O7) and holmium titanate (Ho2Ti2O7). The orientation of the magnetic moments in spin ice resembles the positional organization of hydrogen atoms (more accurately, ionized hydrogen, or protons) in conventional water ice (see figure 1). Experiments have found evidence for the existence of deconfined magnetic monopoles in these materials, with properties resembling those of the hypothetical magnetic monopoles postulated to exist in vacuum. In 2022 Swiss researchers at the Paul Scherrer Institute achieved an artificial kagome spin ice which could be used for novel high-speed computers with low power consumption. (en)
- 스핀 아이스(spin ice)는 최근 발견된 자성 물질의 한 종류로서, 이름이 말해주듯이 얼음의 구조와 비슷한 구조를 가지고 있다. 즉, 스핀의 방향과 구조가 얼음(H2O)에서 수소와 산소 사이의 공간적배치와 유사성을 지니고 있다. 현재까지는 단 세 개의 스핀 아이스(Dy2Ti2O7, Ho2Ti2O7, Ho2Sn2O7)가 보고되고 있는데 모두 구조를 가지고 있다. 스핀 아이스는 frustrate magnets의 하나라고 생각할 수 있으며 최근 10년 동안 활발히 연구되고 있다. 얼음과 같이 잔류 엔트로피를 가진 물질의 하나이다. (ko)
- Il Ghiaccio di spin è una sostanza che non ha un singolo stato di minima energia. Ha i gradi di libertà di spin (per esempio: un magnete) con interazioni frustrate che prevengono il congelamento completo.I ghiacci di spin mostrano proprietà delle basse temperature, in particolare entropia residuale, strettamente correlata con quelle cristalline dell'acqua ghiacciata.I composti più prominenti con tali proprietà sono i cristalli di titanite. L'ordinamento magnetico di un ghiaccio di spin ricorda l'ordinamento posizionale di atomi di idrogeno nel ghiaccio d'acqua convenzionale. Gli ultimi esperimenti hanno trovato delle prove sul deconfinamento dei monopoli magnetici in questi materiali con analoghe proprietà ai monopoli magnetici ipotetici postulati per il vuoto. Nel 2006 Zhang e la sua équipe produce il primo ghiaccio di spin artificiale. (it)
- Спиновый лёд (англ. Spin ice) — вещество, в котором магнитные моменты атомов организованы так же, как организованы протоны в обычном льде из воды. При температурах, близких к абсолютному нулю, спины атомов выстраиваются так, что часть из них «смотрит» внутрь ячейки кристаллической решётки, а часть — наружу. В итоге в спиновом льде образуется квазичастица, напоминающая магнитный заряд, не привязанный к определённому физическому носителю. Свойствами спинового льда обладает титанат диспрозия Dy2Ti2O7. (ru)
- Спіновий лід — стан магнітного матеріалу, в якому повне упорядкування спінів не досягається при абсолютному нулі температури. Прикладом такого матеріалу є Dy2Ti2O7. Своєю назвою такий стан магнітної речовини завдячує схожістю на лід, в якому теж навіть при нульовій температурі за Кельвіном не наступає повне упорядкування кристалічної ґратки. Як і звичайний лід, спіновий лід має при нулі температури залишкову ентропію всупереч теоремі Нернста. У спіновому льоді виявлено дефекти, які за структурою магнітного поля близькі до монополя Дірака, хоча вони не є справжніми магнітними монополями. (uk)
|
| rdfs:comment
|
- 스핀 아이스(spin ice)는 최근 발견된 자성 물질의 한 종류로서, 이름이 말해주듯이 얼음의 구조와 비슷한 구조를 가지고 있다. 즉, 스핀의 방향과 구조가 얼음(H2O)에서 수소와 산소 사이의 공간적배치와 유사성을 지니고 있다. 현재까지는 단 세 개의 스핀 아이스(Dy2Ti2O7, Ho2Ti2O7, Ho2Sn2O7)가 보고되고 있는데 모두 구조를 가지고 있다. 스핀 아이스는 frustrate magnets의 하나라고 생각할 수 있으며 최근 10년 동안 활발히 연구되고 있다. 얼음과 같이 잔류 엔트로피를 가진 물질의 하나이다. (ko)
- Спиновый лёд (англ. Spin ice) — вещество, в котором магнитные моменты атомов организованы так же, как организованы протоны в обычном льде из воды. При температурах, близких к абсолютному нулю, спины атомов выстраиваются так, что часть из них «смотрит» внутрь ячейки кристаллической решётки, а часть — наружу. В итоге в спиновом льде образуется квазичастица, напоминающая магнитный заряд, не привязанный к определённому физическому носителю. Свойствами спинового льда обладает титанат диспрозия Dy2Ti2O7. (ru)
- Спіновий лід — стан магнітного матеріалу, в якому повне упорядкування спінів не досягається при абсолютному нулі температури. Прикладом такого матеріалу є Dy2Ti2O7. Своєю назвою такий стан магнітної речовини завдячує схожістю на лід, в якому теж навіть при нульовій температурі за Кельвіном не наступає повне упорядкування кристалічної ґратки. Як і звичайний лід, спіновий лід має при нулі температури залишкову ентропію всупереч теоремі Нернста. У спіновому льоді виявлено дефекти, які за структурою магнітного поля близькі до монополя Дірака, хоча вони не є справжніми магнітними монополями. (uk)
- Unter Spin-Eis versteht man Materialien, bei denen sich die magnetischen Momente im Material analog zu den Protonen in Wassereis verhalten. 1935 stellte Linus Pauling fest, dass die Struktur von Eis (d. h. der festen Phase von Wasser) Freiheitsgrade hat, die auch am absoluten Nullpunkt existieren sollten. Dies bedeutet, dass auch bei Abkühlung zum absoluten Nullpunkt eine residuale Entropie (d. h. eine intrinsische Unordnung) erhalten bleibt. Dies ist eine Folge der Tatsache, dass Eis Sauerstoffatome mit vier benachbarten Wasserstoffatomen enthält. Für jedes Sauerstoffatom sind je zwei Wasserstoffatome näher (diese bilden das traditionelle H2O-Molekül) und zwei weiter entfernt (diese entsprechen Wasserstoffatomen weiter entfernter Moleküle). Pauling stellte fest, dass die Konfiguration, di (de)
- Se conoce como hielos de espín a una clase de sistemas magnéticos que presentan una gran entropía residual a bajas temperaturas, esto es, un gran número de estados de la misma energía que llevan a un desorden irresoluble, en semejanza y por mecanismos similares a la que presenta el hielo de agua pura. Estos sistemas presentan frustración geométrica, esto es, por su estructura mantienen grados de libertad de espín que les llevan a un estado fundamental degenerado. (es)
- A spin ice is a magnetic substance that does not have a single minimal-energy state. It has magnetic moments (i.e. "spin") as elementary degrees of freedom which are subject to frustrated interactions. By their nature, these interactions prevent the moments from exhibiting a periodic pattern in their orientation down to a temperature much below the energy scale set by the said interactions. Spin ices show low-temperature properties, residual entropy in particular, closely related to those of common crystalline water ice. The most prominent compounds with such properties are dysprosium titanate (Dy2Ti2O7) and holmium titanate (Ho2Ti2O7). The orientation of the magnetic moments in spin ice resembles the positional organization of hydrogen atoms (more accurately, ionized hydrogen, or protons) (en)
- Il Ghiaccio di spin è una sostanza che non ha un singolo stato di minima energia. Ha i gradi di libertà di spin (per esempio: un magnete) con interazioni frustrate che prevengono il congelamento completo.I ghiacci di spin mostrano proprietà delle basse temperature, in particolare entropia residuale, strettamente correlata con quelle cristalline dell'acqua ghiacciata.I composti più prominenti con tali proprietà sono i cristalli di titanite. L'ordinamento magnetico di un ghiaccio di spin ricorda l'ordinamento posizionale di atomi di idrogeno nel ghiaccio d'acqua convenzionale. Gli ultimi esperimenti hanno trovato delle prove sul deconfinamento dei monopoli magnetici in questi materiali con analoghe proprietà ai monopoli magnetici ipotetici postulati per il vuoto. (it)
|
