20.09.2009
G.B. Jo, Y.R. Lee, J.H. Choi, C.A. Christensen, T.H. Kim, J.H. Thywissen, D.E. Pritchard, and W. Ketterle: Itinerant ferromagnetism in a Fermi gas of ultracold atoms. Science 325 , 1521-1524 (2009). (препринт статьи -
http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_2009/Pubs_09/jo09_FM_0907.2888v1.pdf)
На рис: На диаграмме показан фазовый переход от парамагнитного к ферромагнитному состоянию в кристалле (наверху) и в газе из фермионов (внизу). При постепенном увеличении сил отталкивания между фермионами, фермионы (красные сферы) стремятся выстроиться в одном направлении. Photo - Courtesy Gyu-boong Jo.
Впервые ученые из Массачусетского технологического университета (MIT) наблюдали, как атомарный газ становится ферромагнитным. Ученые охладили атомы лития-6, который состоит из трех протонов, трех нейтронов и трех электронов, почти до температуры абсолютного нуля (-273 градуса Цельсия) - всего до 150-миллиардных градусов Кельвина выше абсолютного нуля. Полученный фермионный газ из лития-6 (фермионы – частицы с полуцелым спином) при некоторых условиях проявляет свойства ферромагнетиков, показали ученые под руководством нобелевского лауреата 2001 года по физике (за открытие и изучение конденсата Бозе-Эйнштейна) Вольфганга Кеттерле (Wolfgang Ketterle).
В естественных условиях, к примеру, фермионные жидкости или газы существуют в виде электронных газов, в жидком гелии-3 и в нейтронных звездах. Во всех жидких или газообразных фермионных системах в природе силы взаимодействия между частицами недостаточно сильны, чтобы они проявляли ферромагнитные свойства. Изменяя внешнее магнитное поле, мы увеличили силы отталкивания между атомами лития, преодолев эту проблему, рассказывает участник исследований Гю-Бун Чо (Gyu-Boong Jo).
Ученые поймали в ловушку облако ультрахолодных атомов лития в фокус инфракрасного лазера. Затем постепенно увеличивали силы отталкивания между атомами и наблюдали доказательства того, что у газа проявляются ферромагнитные свойства. Сначала облако увеличилось в размерах, затем резко «сдулось». Когда атомы освободили из ловушки, облако расширялось быстрее. Произошел фазовый переход в ферромагнитное состояние.
Много десятков лет ученые обсуждали, могут ли жидкости или газы обладать ферромагнитными свойствами. Ферромагнитными называют материалы, которые ниже определенной температуры (Кюри) спонтанно намагничиваются даже в отсутствие магнитного поля.
Требуются особые условия, чтобы наблюдать явление ферромагнетизма в газе, подчеркивает Кеттерле, пока атомы не успевают объединиться в молекулы. Поэтому ученый планирует вместе с коллегами подробно изучить новую форму материи: «Очевидно, что мы сделали важное открытие, которое поможет нам продвинуться в понимании магнетизма».
Тем не менее, необычные исследования необходимо продолжить, для того чтобы подтвердить наличие ферромагнитных свойств у газа.
http://web.mit.edu/newsoffice/2009/magnetic-gas-0918.html
