Ajakirja Nature Physics 2012.a. oktoobrikuu numbri kaanel on avaldatud pilt magnetilise aine kristallvõrest. See seostub tööga, milles KBFI teadlaste Urmas Nageli ja Toomas Rõõmu osavõtul avastati, et elektromagnetkiirguse neeldumisel spinnlainetel avaldub magnetilise struktuuri kiraalsus[1]. Avaldatud töös [2] näidati, et Ba2CoGe2O7 kristallile teatavates suundades magnetvälja rakendamisel sõltub terahertskiirguse [3] neeldumine sellest, kas valgus levib piki magnetvälja või sellele vastu: ühel juhul neeldub kõik, teisel juhul peaaegu mitte midagi. Selline nähtus on võimalik, kui spinnlainetel on tugev vastasmõju polarisatsioonilainetega ning magnetiline struktuur on kiraalne.
Aine kiraalsust saab määrata, mõõtes erinevust paremale ja vasakule ringpolariseeritud valguse neeldumises, sest ringpolariseeritud valgus on samuti kiraalne.
Elektromagnetkiirgusel on ka teist tüüpi kiraalsus. Nimelt moodustavad, vastavalt Maxwelli võrranditele kolm valgust iseloomustavat vektorit (valguse leviku suuna, elektrivälja komponendi ja magnetvälja komponendi vektorid) parema käe kolmiku. Kui muuta valguse leviku suund vastupidiseks, siis peab ka üks elektromagnetvälja komponentidest suuna muutma.
Valguse elektriline komponent on vastasmõjus aine laengutega ja magnetiline komponent vastasmõjus aine magnetmomentidega. Tavaliselt liiguvad laengud ja magnetmomendid aines sõltumatult ning elektromagnetkiirguse neeldumine toimub kas vastasmõjust laengutega, tüüpiliselt nähtavas piirkonnas, või vastasmõjust magnetmomentidega raadio ja mikrolainete sageduspiirkonnas. Uued nähtused ilmnevad, kui laengud ja magnetmomendid ei liigu teineteisest sõltumatult ning magnetmomendid moodustavad kiraalse sümmeetriaga objekti. Näiteks Ba2CoGe2O7 kristallis levivate (hübridiseeritud Co ja O elektronide laengute) polarisatsioonilainete ja spinnlainete (Co magnetmomentide) vahel on vastasmõju põhjustajaks multiferroidsus [4]. Ajakirja Nature Physics oktoobrikuu numbris kirjeldatakse, kuidas selles aines THz piirkonnas ilmneb tugev magnetiline kiraalne dikroism: lineaarselt polariseeritud valguse neeldumine on erinev sõltuvalt valguse leviku suunast välise magnetvälja suhtes. Välise magnetvälja osaks on anda ette aine elektrilise polarisatsiooni ja magneetuvuse vahekord; elektromagnetlainel sõltub elektrilise ja magnetilise komponendi vahekord valguse leviku suunast. Seega THz-kiirguse levikul ühes suunas on faasivahekord sobiv, et ergastada hübridisatsioonilaineid aines ning kiirgus neeldub, kuid leviku suuna muutmisel faasivahekord muutub ning neeldumist ei ole (Joonis 1.).
Joonis 1.Spinnlainete neeldumisspektrid erinevates magnetväljades (B0). Punasega on spektrid, kus THz valgus levib magnetvälja vektori suunas, Eω ja Bω on valguse elektri- ja magnetvälja vektorite suunad. Spektrid on vertikaalsuunas nihutatud. Üleval paremal on kujutatud Ba2CoGe2O7 kristallvõret koos sümmeetriaelementidega.
[1] Kiraalsel objektil on kaks vormi, mis teisenevad teineteiseks peegeldamisel, näiteks nagu parema ja vasaku käe keermega kruvid, http://et.wikipedia.org/wiki/Kiraalsus.
[2] Bordacs, Sandor; Kezsmarki, Istvan; Szaller, David; Demko, Laszlo; Kida, Noriaki; Murakawa, Hiroshi; Onose, Yoshinori; Shimano, Ryo; Rõõm, Toomas; Nagel, Urmas; Miyahara, Shin; Furukawa, Nobuo; Tokura, Yoshinori. “Chirality of Matter Shows Up via Spin Excitations”. Nature Physics, vol.8, 734-738 (2012), http://www.nature.com/nphys/journal/v8/n10/full/nphys2387.html. (artikli algne versioon on vabalt kättesaadav http://arxiv.org/pdf/1109.1597v1.pdf).
[3] Terahertskiirguseks nimetatakse umbes 1 THz = 1012 Hz sagedusega elektromagnetkiirgust, mille lainepikkus asub infrapunase kiirguse ja raadiosageduskiirguse kokkupuutekohas (http://en.wikipedia.org/wiki/THz).
[4] Mutiferroidsed on ained, millel on samaaegselt rohkem kui üks ferroidne omadus: ferromagnetism, ferroelektrilisus, ferroelastus või ferrotoroidsus. Need omadused on seotud aine sümmeetriaga ruumi- ja ajainversiooni suhtes (http://en.wikipedia.org/wiki/Multiferroic).
Leave a Reply