L'oxygène, le gaz incolore et sans odor qui est essentiel à la survie des humains et d'autres organismes vivants, représenterait environ 21% de l'atmosphère de la Terre. Bien que les principales propriétés de l'oxygène soient désormais bien comprises, les états qui peuvent en émerger dans des conditions extrêmes (par exemple, à des pressions élevées) sont toujours à l'étude.
Researchers at Shanghai Advanced Research in Physical Sciences (SHARPS), the Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research in China, the Italian National Institute of Optics of the National Council of Research (CNR-INO), the European Synchrotron Radiation Facility and University Montpellier carried out a study exploring the properties of a high-pressure phase of solid oxygen, known as epsilon oxygen (ε-O2).
Leur article, publié dans Lettres d'examen physiqueoffre la première preuve indirecte qu'un état magnétique dynamique, connu sous le nom d'état spin-liquide, émerge dans l'oxygène d'Epsilon.
« L'oxygène, en tant que l'un des éléments les plus courants et les plus importants de la nature, semble ordinaire mais solide, l'oxygène est en fait un cristal très unique », a déclaré à Issues.fr Federico Aiace Gorelli, co-premier auteur du journal.
« Among many simple diatomic molecule systems, oxygen is the only one with magnetic properties, and solid oxygen is the only elemental solid that is an antiferromagnetic insulator at low temperatures. Our investigation was inspired by an important theoretical study suggesting that pressure can cause the magnetic properties of oxygen molecules to disappear in the epsilon phase (10 GPa
Dans le cadre de leur étude, Gorelli et ses collègues ont examiné de près un ε-o2 Échantillon en utilisant une diffraction des rayons X monocristalliers. Il s'agit d'une technique qui peut aider à découvrir les arrangements atomiques dans les cristaux, en observant comment les rayons X se dispersent à travers eux.
« Notre objectif était d'utiliser la diffraction des rayons X synchrotron monocristallière sur des cristaux d'oxygène d'Epsilon de qualité sans précédent afin de révéler des changements subtils possibles capables de vérifier expérimentalement cette prédiction théorique », a expliqué Philip Dalladay-Simpson, comifléré de l'article.
« En effet, nous avons observé des discontinuités petites mais substantielles dans les paramètres structurels à 18,1 GPa, qui peuvent être attribués de manière fiable à l'effondrement de la rotation d'un état de spin-liquide magnétique à un état non magnétique. »
Les expériences réalisées par Gorelli, Dalladay-Simpson et leurs collègues ont conduit à l'observation d'une transition de phase isostructurale dans ε-o2. Cela signifie essentiellement que la symétrie globale des cristaux d'oxygène sous pression de haute qualité qu'ils a examinés sont restés les mêmes, tandis que les constantes de réseau (c'est-à-dire, répétant les distances entre les atomes dans le cristal) et l'espacement dans les grappes de quatre molécules d'oxygène connues sous le nom de (o2)4 les quatuors ont changé.
Notamment, cette transition de phase s'est avérée coïncider avec un effondrement du moment magnétique moléculaire de l'échantillon. Cela indique que l'oxygène d'Epsilon est passé d'un état de spin-liquide à un état sans fhat.
« La réalisation la plus importante est d'avoir identifié, même indirectement, un état de liquide de spin, qui se révèle être un état de matière exotique », a expliqué Gorelli.
« En fait, les liquides de spin sont bien connus et populaires dans les réseaux de spin 1/2, tandis que le S = 1 'NUSTHELL SPIN LIQUID' à l'intérieur du (O2)4 Les quatuors de la phase d'Epsilon semblent uniques en physique à l'état solide. L'une des implications de ces travaux est donc de s'être étendue à un nouveau cas la phénoménologie de l'état liquide de spin. «
Les efforts de Gorelli, Dalladay-Simpson et de leurs collègues ont conduit à la première preuve indirecte qu'un état liquide de spin existe dans l'oxygène hautement sous pression, mettant ainsi en évidence son potentiel en tant que plate-forme expérimentale pour étudier les états quantiques non conventionnels.
À l'avenir, d'autres pourraient s'appuyer sur ces éléments de preuve et entreprendre davantage l'État rapporté par les chercheurs.
« Nous aimerions maintenant évoluer à l'avenir pour étudier l'état de matière spin-liquide dans des conditions extrêmes des mesures directes de la réactivité magnétique, qui est un objectif très difficile », a ajouté Mario Santoro, auteur principal du journal.
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
