,,Koobaltsinine” on oma läikivsinise värvuse tõttu kunstnike poolt hinnatud ühend, mille neutrone lahkavad uurimustööd paljastavad ainulaadseid magneetilisi omadusi, mis võivad vastata küsimustele ka teiste ainete salapäraste omaduste kohta.
Katsed Sünkrotronlahutusneutroniallikas (Spallation Neutron Source – SNS) ning Kõrgvoo Isotoobi Reaktoris (High Flux Isotope Reactor – HFIR) viitavad antiferromagneetilise aine koobaltalumiinimumoksiidi – CoAl2O4, ehk koobalti aluminaadi – uudsele käitumisele. Uurija Gregory MacDougall kirjeldas Physorg.com vahendusel seda ainet ,,kõrgelt frustreeritud magneetilise süsteemina”.
Kui koobaltsinise värvus köidab kunstnikke, veetlevad selle värvuse eest vastutava ühendi, koobalt aluminaadi atiferromagneetilised omadused neutroniteadlasi Oak Ridge’i Riiklikust Laboratooriumist. Uurimused aine aatomstruktuuri magneetilistest omadustest võivad anda juhtlõngu energiasäästlike tehnoloogiate väljatöötamiseks. Pilt: B. Jefferson Bolender
,,Frustreeritud” väljendab selles kontekstis seisundit, kus magneetiliste spinnide võistlevad vastasmõjud aatomstruktuuris hoiavad ära laia ulatusega korrastatud seisundi loomise.
,,Frustratsiooni seostatakse tihti ainete eksootilise käitumisega, sealhulgas piesoelektrilisusega (ingl. k. piezoelectricity), multiferroidsusega (multiferrocity) ning ülijuhtivusega kõrgtemperatuuril, mis võivad osutuda oluliseks energiasäästlikes tulevikutehnoloogiates,” sõnas MacDougall.
Antiferromagnetism on magnetilise korrastuse tüüp, mis esineb ainetes tavaliselt allpool teatud temperatuuri. Naaberaatomite mikroskoopilised magnetmomendid – spinnid – joonduvad vastassuundades paiknevate põhja- ja lõunapoolustega. Kaugeleulatuv antiferromagneetiline kord on tehnoloogiliselt oluline magneetiliseks informatsiooni talletamiseks.
Oak Ridge’i Riiklikus Laboratiooriumis (ORNL) läbi viidud katsed üksikkristallidega näitasid drastilisi muutusi koobalt aluminaadi magneetilistes omadustes temperatuuril -266.5 °C. Katsed näitasid, et võistlevad vastasmõjud võivad olla selle huvitavate, kuid vähemõistetud magneetiliste omaduste põhjuseks.
,,Koobaltsinine käitub viisidel, mida pole varem frustreeritud magneti puhul täheldatud, kuid on nähtud teistes ainetes,” väitis MacDougall ja jätkas: ,,Tavapäraselt viib frustratsioon erinevate energiaskaalade võredes koos võistlevate vastasmõjudega korrastava temperatuuri alla. Me leidsime aga, et korrastamise täieliku kõrvaldamise asemel lõhutakse laiaulatuslik korrastus mitmeks väikseks domeeniks, mille seinte liikumine on seiskunud.”
Neid aatomskaalas domeene eraldavad teravad seinad, mis eristuvad aatomite magneetilise spinni suuna tõttu. Seesuguste seinade paigale talletamise tulemuseks on klaasisarnane käitumine, mis viitab tavaliselt väga korratule struktuurile.
Koobalti aluminaadi puhul näitab klaasisarnane käitumine aga väga puhast, korrastatud kristalli. ,,Me arvame, et see võib seletada ootamatut klaasisarnast käitumist ka teistes frustreeritud süsteemides,” sõnas MacDougall.
Uurimustöö, mis esitati teadusajakirjale Proceedings of the National Academy of Sciences, on osa suuremast magneetilist frustratsiooni uurivast programmist. Uuritakse, mis juhtub magneetilistes süsteemides, kui süsteemi geomeetria või võistlevad vastasmõjud frustreeruvad või suruvad alla tavaliselt korda seadvad vastasmõjud, võimaldades uudsete käitumiste esiletulekut.
MacDougall kasutas koos kolleegidega kolmtelg-spektomeetreid ja neutronspektomeetrit (SNS CNCS), uurimaks koobaltsinise võre korrastusmustrit, mis paljastas madalatel temperatuuridel formeeruvad väiksemad domeenid. SNS CNCS võimaldas uurijatel tundma õppida magneetiliselt korrastatud seisundites kaug-pikkusskaala häirituste (long-lengthscale perturbations) ehk teisisõnu spinnilainete liikumist läbi süsteemi. Nende spinnilainete kiirus eri suundades on tundlik indikaator aatomitevaheliste vastastikmõjude tugevusest koobaltsinise süsteemis.
Teadusartikkel: ,,Kinetically inhibited order in a diamond-lattice antiferromagnet“