Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

"Элементы": новости науки

Подписаться Бесплатная «Золотая» новостная рассылка Подписчиков 12.967 RSS
←   Декабрь 2006   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
11.12.2006
10:09:01
16:51:04
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://elementy.ru
Открыта: 09-05-2006

Автор
Редакция сайта "Элементы"

Статистика

12.967 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Экзотический магнетизм в диоксиде нептуния получил объяснение


Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах»

Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике».

Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом).

Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Экзотический магнетизм в диоксиде нептуния получил объяснение

11.12.2006

Диоксид нептуния NpO<sub>2</sub> при относительно простой кристаллической решетке обладает чрезвычайно необычными электронными и магнитными свойствами (изображение из статьи cond-mat/0505548)
Диоксид нептуния NpO2 при относительно простой кристаллической решетке обладает чрезвычайно необычными электронными и магнитными свойствами (изображение из статьи cond-mat/0505548)

Происхождение магнетизма в диоксиде нептуния долгое время оставалось загадкой. Недавние вычисления показали, что он возникает, скорее всего, из-за магнитного триаконтадипольного взаимодействия, примеров которого физика еще не знала.

Интерес к трансурановым элементам обычно связан с их радиоактивностью. Однако не стоит забывать и еще об одном уникальном свойстве тяжелых атомов — их сложной электронной оболочке. Трансурановые элементы относятся к классу актиноидов — элементов с f-электронами на внешней оболочке, — и благодаря этому в их соединениях становятся возможными самые необычные коллективные явления. В частности, в недавней статье P. Santini et al., Physical Review Letters, 97, 207203 утверждается, что в диоксиде нептуния имеет место совершенно экзотический, никогда не встречавшийся ранее тип магнетизма.

Вспомним вначале, откуда берется магнетизм железа и других ферромагнетиков. Ферромагнетик состоит из таких атомов, электронные оболочки которых обладают собственными магнитными моментами. Образно выражаясь, каждый атом похож на маленький магнитик со своим «северным» и «южным» полюсом, и, находясь в кристалле, он взаимодействует с соседями по закону взаимодействия магнитных диполей. При не слишком высоких температурах взаимодействие соседних магнитиков пересиливает тепловое дрожание атомов, и в результате магнитные моменты всех атомов ориентируются в пространстве согласованно. В веществе наступает магнитная упорядоченность, и кусок железа приобретает спонтанную намагниченность.

Магнитное взаимодействие, однако, вовсе не обязано быть всегда дипольным. Например, если склеить боками два магнитика с противоположной ориентацией полюсов, то получится магнитный квадруполь (мультиполь второго порядка) — магнитик с двумя симметрично расположенными северными и двумя южными полюсами. И если атомы какого-то вещества обладают большим магнитными квадрупольным моментом и слабым дипольным, то при низкой температуре вещество приобретет новый тип магнитной упорядоченности — квадрупольный.

Магнитную мультипольность можно повышать и дальше. Например, если склеить два магнитных квадруполя, устранив их квадрупольный момент, то получится магнитный октуполь — мультиполь третьего порядка — с еще более сложной картиной магнитных линий. Склеив два октуполя, получим мультиполь четвертого порядка и так далее. Такие высокие мультиполи, конечно же, теоретически изучались, но долгое время они казались явной экзотикой, в природе не встречающейся.

В 1990-е годы ситуация начала меняться. Стали появляться данные о том, что соединения многоэлектронных атомов, в особенности лантаноидов и актиноидов, обладают при низких температурах магнитной упорядоченностью, которая совершенна не похожа на результат обычного дипольного взаимодействия. Более того, эксперименты 1999 года подтвердили, что в диоксидах трансурановых элементов (UO2, NpO2) дипольные и квадрупольные магнитные моменты слишком малы, чтобы привести к спонтанной намагниченности. Поэтому возник вопрос: за счет какого именно типа межатомного взаимодействия появляется эта намагниченность?

В недавнем выпуске журнала Physical Review Letters вышла статья теоретиков из Германии и Италии, P. Santini et al., Physical Review Letters, 97, 207203 (14 November 2006), посвященная происхождению магнетизма в диоксиде нептуния. В ней на основании подробных вычислений магнитного взаимодействия разных порядков и сравнения с экспериментальными данными делается неожиданный вывод: наиболее вероятная причина магнетизма в NpO2 — не дипольное, не квадрупольное и даже не октупольное магнитное взаимодействие, а взаимодействие через мультиполь пятого порядка (он носит номенклатурное название триаконтадиполь).

Авторы работы, конечно, подчеркивают, что последнее слово остается за опытом, и даже приводят в своей статье конкретные предсказания для будущих экспериментов, но им кажется маловероятным, чтобы в данном веществе какой-либо иной тип магнитного взаимодействия пересилил эффект триаконтадиполей.

Трудно сказать, найдет ли столь экзотическая разновидность магнетизма какое-то применение за пределами своей узкой области. Однако интересен сам факт: до сих пор в физике не было ни одного примера коллективного явления, вызванного мультиполем столь высокого порядка. Не исключено, поэтому, что в таких сложно упорядоченных системах могут проявиться новые коллективные свойства, не реализующиеся при более простых законах взаимодействия.

Игорь Иванов

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

11.12 Не все красные вина одинаково полезны для сосудов

Регулярное умеренное потребление сухого красного вина снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Это происходит из-за того, что содержащиеся в вине особые вещества из группы фенолов тормозят образование эндотелина — пептида, вырабатываемого внутренними стенками самих кровеносных сосудов и вызывающего их сужение.

07.12 Рыбы-груперы зовут на охоту мурен в качестве помощников

Подводные исследования интернациональной команды биологов показали, что два вида рыб — груперы и мурены — часто охотятся вместе. Совместная охота выгодна обоим хищникам. В случае удачной охоты добыча достается либо груперу, который без мурены не смог бы выгнать рыбку из узкого укрытия, либо мурене, которая без групера не нашла бы рыбку.

06.12 Хороший забор — главное условие восстановления мамонтовых степей

Закончено сооружение 20-километрового забора вокруг «Плейстоценового парка» на севере Якутии. Теперь можно переселить в заказник (к уже живущим там лошадям, лосям, оленям и медведям) остальных уцелевших представителей мамонтовой фауны. Так Сергей Зимов рассчитывает восстановить экосистему мамонтовых степей, превосходившую по продуктивности нынешнюю тайгу и тундру.

05.12 Высокая плодовитость отцов способствует рождению сыновей

Согласно гипотезе, высказанной 30 лет назад, соотношение полов у потомства зависит от тех свойств родителей, которые влияют на репродуктивный успех одного из полов. Однако пока были лишь экспериментальные доказательства ведущей роли самок в определении пола потомства. И вот испанские биологи показали, что у благородных оленей доля сыновей зависит от плодовитости отца.

04.12 Открыто новое явление в физике сложных систем — резонанс, порожденный разнообразием

Оптимальная беспорядочность, заложенная в сложной системе, может резко повысить ее чувствительность к слабым внешним воздействиям. Не исключено, что такой резонанс играет важную роль в био- и экосистемах.

02.12 «Вселенная, жизнь, разум» Шкловского вновь вышла после 20-летнего перерыва

Вышло 7-е издание знаменитой книги И. С. Шкловского «Вселенная, жизнь, разум», подготовленное к 90-летию со дня рождения выдающегося астрофизика и к 175-летию ГАИШ, в котором Шкловский проработал большую часть жизни. В издание с полностью обновленными иллюстрациями вошли ранее не публиковавшиеся материалы, а также рассказ о последних открытиях в астрофизике.

30.11 Как земноводные учились превращаться

У примитивных земноводных изменения строения животного при переходе от водной жизни к наземной были растянуты во времени. В ходе эволюции они сконцентрировались на коротком этапе индивидуального развития, что и привело к появлению настоящего метаморфоза. Отдельные преобразования постепенно перешли под контроль единого регулятора — гормонов щитовидной железы.

30.11 Люди отличаются от шимпанзе не тем, чем хотели

Сравнение геномов человека и шимпанзе в поисках генетической причины различий между их умственными способностями показало, что быстрой молекулярной эволюции генов нервной системы у человека не наблюдалось. Напротив, гены, участвующие в функционировании семенников, демонстрируют массовое и быстрое накопление благоприятных мутаций — как у человека, так и у шимпанзе.

29.11 Деньги воспитывают целеустремленных эгоистов

Команда экономистов и психологов, проведя серию экспериментов, показала, что одно лишь напоминание о деньгах приносит людям ощущение независимости и самодостаточности. Оборотной стороной этого явления оказался эгоизм: вспомнив о деньгах, испытуемые отказывались от помощи и переставали помогать другим.
В избранное