Eesti füüsiku spinnid sattusid suure tähelepanu alla ({{commentsTotal}})

Autor/allikas: lawrencerayner/Creative Commons

KBFI-ga seotud Eesti füüsik Girsh Blumberg on Rutgers’i ülikoolis tehtud katsetes leidnud uut tüüpi, kiraalse sümmeetriaga spinnide ergastused.

Elektrijuhtmetes liikuvad elektronid kannavad laenguid, vooluringi ühendatud patarei annab energiat mobiiltelefoni protsessorile, mis teeb arvutusi.

Elektronidel on aga lisaks elektrilaengule veel üks fundamentaalne omadus, mida kutsutakse spinniks.

Spinn annab elektronile magnetilised omadused, püsimagnetites on elektronide spinnid ferromagneetiliselt korrastunud. Spinnseisundeid ühest kohast teise viies on võimalik ka informatsiooni edasi anda ja seda ilma elektrivooluta, ehk laenguid liigutamata.

Just sel põhimõttel töötavad spintroonilised seadmed, kus informatsiooni liigutamiseks kulub tavalisest vähem energiat.

Kristalsetes ainetes olevate spinnide elementaarergastusi kutsutakse magnoniteks, ehk spinnlaineteks. Energia neelamisel või kiirgamisel muutub spinnide süsteemi kvantolek, kõik spinnid reageerivad välisele elektromagnetväljale koherentselt.* Nii juhtub, kui spinnide vaheline vastasmõju on piisavalt suur.

Girsh Blumbergi uuritud aine on mittemagnetiline Bi2Se3 kristall, mille pinnal moodustub kahemõõtmeline elektrit juhtiv metalne kiht, kuid mille sisemus on isolaator. Selliseid aineid kutsutakse kolmemõõtmelisteks topoloogilisteks isolaatoriteks ja neil on ebatavalisi omadusi, mille avastamise eest anti 2016. aasta füüsika Nobeli preemia.

Neis ei ole siiani nähtud kollektiivseid spinnseisundeid nagu spinnlained, kuid teoreetikud on nende võimalikkust ennustanud. Kiraalse sümmeetriaga** spinnlainete nägemiseks topoloogilise isolaatori pinnal kasutas G. Blumberg valguse Raman’i hajumise meetodit, mis lubas eristada spinnide ergastusi laengute liikumisest pinnal, mida kutsutakse pinnaplasmoniteks.***

Oma töös nad näitasid, et Bi2Se3 metalses pinnakihis liikuvaid spinne seob koherentseks kvantolekuks spinn-orbitaalne vastasmõju.

G. Blumbergi ja kolleegide töö avaldati ajakirjas Physical Review Letters ja sai kohe suure tähelepanu osaliseks.

* Analoogiat saab leida kristallvõre võnkumistest, kus energia neeldumisel muutub korraga kõigi aatomite liikumine, olgugi vaid õige vähe.

** Kiraalne sümmeetria on omadus, mis eristab näiteks muidu sarnaseid parema ja vasaku keermega kruvisid.

*** Värvilises klaasis olevate metalli nanoosakeste pinnal olevad pinnaplasmonid annavad klaasile iseloomuliku värvi.

Toimetaja: Marju Himma



Kaader saatest "Uudishimu tippkeskus".

Video: millal muutuvad plast ja nanoosad kasulikuks ja millal ohtlikuks

„See on jah huvitav, et kui me räägime juuspeenest ja selle all me mõtleme midagi, mis on hästi peenikene, siis tegelikult saab palju peenemaks minna,“ märgib Andres Krumme, Tallinna tehnikaülikooli polümeeride tehnoloogia professor. Õigustatult tekib küsimus, miks ülipeenike on parem kui lihtsalt peenike?

ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: