موضوع مقاله: یخ اسپینی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # یخ اسپینی | مقدمه: این ماده درجات آزادی اسپینی دارد و آهنربایی است با برهم‌کنش‌های خنثی که مانع یخ زدن کامل آن می‌شود. | ## بخش 1: یخ اسپینی | در اکثر موارد این سیستم‌ها می‌توانند حالت پایهٔ نامنظم با تبهگنی ماکروسکوپی داشته باشند که شامل تعداد زیادی حالت‌های متناظر برای یک مقدار انرژی است. تیتانات دیسپروزیوم و تیتانات هولمیم مهم‌ترین ترکیباتی هستند که این مشخصات را دارند. تاریخچه در سال ۱۹۳۵، لینوس پاولینگ دریافت که ساختار یخ آب درجاتی از آزادی را نشان می‌دهد که حتی در صفر مطلق هم بی نظم باقی می‌ماند؛ بنابراین انتظار می‌رود یخ آب حتی هنگام یخ زدن در دمای صفر، آنتروپی پسماند داشته باشد که به معنای بی نظمی ذاتی است. این موضوع نتیجهٔ این حقیقت است که ساختار یخ شامل اتم‌های اکسیژن با چهار اتم هیدروژن همسایه است. نزدیک هر اتم اکسیژن دو اتم هیدروژن قرار می‌گیرد (که تشکیل مولکول مرسوم H2O را می‌دهد) و دوتای دیگر در فواصل دورتر قرار می‌گیرد (اتم‌های هیدروژن مولکول‌های آب مجاور). پاولینگ نشان داد که تعداد پیکربندی‌هایی که از قاعدهٔ «حاکم بر یخ» پیروی می‌کنند، به‌طور نمایی با اندازهٔ سیستم رشد می‌کنند و بنابراین انتظار می‌رود که آنتروپی دمای صفر یخ، بزرگ باشد.L. یخ‌های اسپینی موادی شامل یون‌های چهاروجهی با اسپین غیرصفر هستند که باید به علت برهم کنش‌های بین یون‌های همسایه، قاعدهٔ " حاکم بر یخ اسپینی " را مشابه با یخ آب ارضا کنند؛ بنابراین مواد یخ اسپینی همان خصوصیات آنتروپی پسماند یخ آب را نشان می‌دهند. هرچند بسته به مادهٔ استفاده شده در یخ اسپینی، عموماً ایجاد بلورهای منفرد بزرگ یخ اسپینی آسان‌تر از یخ آب است. | ## بخش 2: یخ اسپینی | به علاوه برهم کنش میدان مغناطیسی با اسپین‌ها در مادهٔ یخ اسپینی باعث می‌شود مواد یخ اسپینی برای بررسی آنتروپی پسماند خیلی بهتر از یخ آب باشند. اخیراً شواهد قانع کننده‌ای گزارش شده که نشان می‌دهد Dy2Sn2O7 (استانات دیسپروزیم) هم یخ اسپینی است. مواد یخ اسپینی با بی نظمی یون‌های مغناطیسی توصیف می‌شوند، حتی وقتی یون‌های یاد شده در دماهای خیلی پایین باشند. تک قطبی‌های مغناطیسی میلهٔ آهنربا دو قطب شمال و جنوب دارد که با نصف کردن آن، دو تک قطب ایجاد نمی‌شود بلکه در هر نیمه، دو قطب جدید ایجاد می‌شود. در جهان مادی، این موضوع کاملاً خارق‌العاده است چرا که ذرات مغناطیسی معمولاً به صورت دو قطبی مشاهده می‌شوند. طرح‌های اخیر پیشنهاد می‌کنند که پیچیدگی‌های موجود در تنظیم اسپین آهنرباهای اکسید خاص می‌تواند تک قطبی‌های مغناطیسی مؤثر جدا از هم ایجاد کند. این مواد یخ‌های اسپینی نام دارند زیرا جهت‌گیری پایین‌ترین انرژی اسپین‌های مغناطیسی تقریباً از پایدارترین آرایش پروتونها در یخ آب پیروی می‌کند. یخ‌های اسپینی و تک قطبی‌های مغناطیسی یخ‌های اسپینی از لحاظ هندسی سیستم‌های مغناطیسی خنثی هستند. | ## بخش 3: یخ اسپینی | خنثی سازی معمولاً مربوط به آرایش چهار وجهی گشتاورهای مغناطیسی جفت شده با برهم کنش‌های تبادلی فرو مغناطیسی و آرایش مثلثی گشتاورهای مغناطیسی جفت شده با برهم کنش‌های تبادلی پاد فرو مغناطیسی است. دلیل برهم کنش‌های فرومغناطیسی خنثی در یخ‌های اسپینی، خاصیت موضعی میدان کریستالی قوی است که گشتاورهای مغناطیسی را وادار به جهت‌گیری به سمت داخل یا خارج چهاروجهی می‌کند. در واقع چیزی که باعث خنثی سازی و جهت‌گیری‌های اسپینی متقابل و پدیده‌شناسی یخ اسپینی می‌شود، جفت شدگی تبادلی نزدیک‌ترین همسایه نیست بلکه برهم کنش دو قطبی مغناطیسی بلندبرد است.B. آن‌ها آزمایش پراکندگی نوترون از تک بلور تیتانات دیسپروزیم که دارای شبکهٔ هرمی شکل است، در رآکتور تحقیقاتی برلین انجام دادند. با استفاده از پراکندگی نوترون، گشتاورهای مغناطیسی در یخ اسپینی به صورت مجموعهٔ لوله‌ای مانند، شبیه ریسمان‌های دیراک جهت‌گیری می‌کنند که از میان آن‌ها شار مغناطیسی عبور می‌کند. این لوله‌ها در محدودهٔ دمایی ۰٫۶ تا ۲ درجهٔ کلوین به علت برهم کنش با نوترون‌ها که خود دارای گشتاور مغناطیسی هستند، قابل رؤیت می‌شوند. محققان توانستند چگالی و جهت‌گیری این ریسمان‌ها را با استفاده از میدان مغناطیسی اعمال شده کنترل کنند. | ## جمع‌بندی | PMID 19729617.بار مؤثر تک قطبی مغناطیسی در یخ اسپینی به صورت ۵μB.A-1 اندازه‌گیری شده‌است (مگنتون بوهر بر آنگستروم) که برابر با مقدار پیش‌بینی شده توسط نطریهٔ میکروسکوپیکی یخ اسپینی است.