Cum se comporta neutronii intr-un strat magnetic foarte subtire atunci cand momentul lor magnetic interactioneaza cu acesta? Acestei intrebari de fizica fundamentala i-a gasit raspuns Florin Radu (Catedra de Fizica Experimetala, Fizica Solidului condusa de Prof. Dr. Dr. h. c. Hartmut Zabel) cu ajutorul experimentelor si modelelor teoretice. Cercetatorii au putut arata ca dupa ce neutronii patrund in stratul magnetic, momentul magnetic al acestora se orienteaza parallel cu magnetizarea din interiorul cristalului. Aceste rezultate care respecta intru totul principiile mecanicii cuantice, sfirsesc un deceniu the rezultate experimentale contradictorii si dezbateri aprinse intre specialisti. Rezultatele cercetarilor au fost publicate in renumitul jurnal „The Physical Review”, apartinind Societatii Americane de Fizica.

Neutronii probeaza magnetismul

Neutronii sunt particule elementare care se gasesc in nucleele tuturor elementelor chimice ale tabloului lui Mendeleev. Ei sunt produsi in reactoarele nucleare prin reactia de fisiune sau prin reactia de spalare. Mai departe, fie energia rezultata din aceste reactii este folosita, sau surplusul de neutroni este folosit pentru cercetari ale structurii materialelor. Momentul magnetic al acestora, similar compasului magnetic (chinezesc), permite probarea megnetismului in lichide si cristale, la nivel atomic.

Sfarsitul unor dezbateri aprinse

Cu ajutorul experimentelor se poate deduce orientarea neutronilor atata timp cat acestia se afla in aer sau in vid (in figura, sfera mare rosie). Intrebarea fundamentala este insa: Isi schimba acestia orientarea dupa ce patrund in stratul magnetic, si daca da in ce fel?, explica Florin Radu. In termeni de specialitate intrebarea suna astfel: Se orienteaza spinul neutronului in proba magnetica (in acord cu asa numitul efect Zeeman) in directia axei de cuantificare definita de orientatrea inductiei magnetice din proba (sfera mica rosie) sau urmeaza el axa de cuantificare definita de orientarea inductiei magnetice din afara probei (in figura, sfera mica deschisa la culoare) Aceasta problema a fost pana acum nerezolvata in literatura de specialitate si a fost dezbatuta aprins in trecut.

O technica noua de determinare a orientarii magnetizarii

Pentru a da un raspuns acestei intrebari, Florin Radu a intreprins cercetari experimentale precum si teoretice. Rezulatele arata indubitabil ca dupa ce neutronii patrund in stratul magnetic, acestia isi schimba orientarea initiala care este definita de orientarea campului magnetic extern, dupa orientarea magnetizarii din campul magnetic intern al cristalului. In ciuda faptului ca aceste rezultate sunt in accord cu mecanica cuantica si ca baza teoretica exista deja, din punct de vedere experimental situatia era orice dar numai clara nu, explica Prof. Dr. Hatmut Zabel. Numai cu ajutorul acestei technici noi, determinarea orientarii magnetizarii in domeniile magnetice devine posibila. Cu ajutorul acestor clarificari se dezvolta o noua technica de masura.

Finantare

Studiile de cercetare au fost finantate prin programul „Sonderforschungsbereich 491: Magnetische Heteroschichten: Struktur und elektronischer Transport” si prin programul ministerului german al cercetarii („Instalarea si dezvoltarea unui reflectometru de neutroni (ADAM) la rectorul cu flux inalt al Institutului Laue Langevin din Grenoble, Franta”).

Figura:http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/imperia/md/images/pressestelle/2005/radu2.jpg

Sursa: press release of Ruhr Universitaet Bochum: http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2005/msg00222.htm

Scientific highlight:
http://www.physik.uni-kiel.de/kfn/Highlights/Highlight-13-engl.php

Scientific paper:
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.71.214423

Copy of the scientific paper:
http://arxiv.org/abs/cond-mat/0501388