Rejtélyes mágnesesség extrém körülmények között
Fontos hangsúlyozni, hogy az oxigén szilárd állapotban sajátos kristályt képez: az egyszerű, kétatomos molekulák közül egyedül rendelkezik mágneses tulajdonságokkal, sőt, elemi szilárd anyagként csak az oxigén viselkedik alacsony hőmérsékleten antiferromágneses szigetelőként. A kutatók évek óta próbálják megfejteni, hogyan változik az oxigén szerkezete és mágnesessége rendkívüli, 10 gigapascal feletti — vagyis a normál légköri nyomásnál ezerszer nagyobb — nyomás alatt. Az SHARPS Shanghaji Kutatóintézet, a Kínai Magasnyomású Tudományos és Technológiai Központ, az Olasz Nemzeti Kutatási Tanács Optikai Intézete, az Európai Szinkrotronsugárzási Létesítmény és a Montpellier-i Egyetem kutatói együtt vizsgálták a szilárd oxigén úgynevezett epszilon-fázisát (epsilon-fázisú O2).
Spinfolyadék-állapot: kvantum nyomokban
Az egykristályos röntgendiffrakció módszerével sikerült kimutatniuk, hogy 18,1 gigapascalnál a kristály szerkezeti paraméterei hirtelen megváltoznak, noha a szimmetria megmarad. Ezek a változások az (O2)4 kvartettek atomi távolságainak eltolódásában jelentkeztek; a kutatók szerint ez a mágneses spinfolyadék-állapot megszűnésének közvetett bizonyítéka. Ez azt jelenti, hogy az oxigénmolekulák mágneses momentuma összeomlik, az anyag pedig egy különleges, úgynevezett spinfolyadékból mágnesesen inaktív fázisba alakul át.
Különleges jelenség a szilárdtest fizikában
A spinfolyadékokat eddig főként fél-spinű (spin 1/2) rácsokban figyelték meg, de a most felfedezett „mag spinfolyadék” (S=1) eddig egyedülálló az anyagtudományban. Ugyanakkor az epszilon-oxigén kutatása lehetőséget nyithat a kvantumanyagok új típusainak vizsgálatára is – a jövő kutatásai akár közvetlen mérésekkel is feltárhatják ezt az izgalmas mágneses állapotot.
Záró gondolatok és kilátások
Összegzésként a kutatás elsőként szolgáltatott közvetett bizonyítékot arra, hogy a spinfolyadék-állapot nem csupán egzotikus elméleti lehetőség, hanem a nagynyomású szilárd oxigénben ténylegesen létrejöhet. Lényeges hangsúlyozni, hogy ezzel egy új kvantumállapot megfigyelésének kapuja nyílt meg, amely gyökeresen megváltoztathatja az extrém anyagok kutatásának irányát – és természetesen a MI-alapú anyagelemzés új hullámát is előrevetíti.
