“Şeytanın merdiveni” birçok yürüyüş yolunun bir özelliğidir – bir takım basamaklar çoğu kez tırmanmak için zor ve diktir. Ayrıca şeytanın merdiveni, son derece düzenli fraktal bir desen olmasına rağmen, grafiği gerçek bir merdiveni anımsatan, pürüzlü bir adım gibi düzenlenme sergileyen matematiksel bir fonksiyonun adıdır. Şeytanın merdiveni davranışı kristaller, evre geçişleri ve istatistik fizik gibi çeşitli alanlarda ortaya çıkar.
Physical Review Letters’ de yayınlanan yeni bir makalede, Tokyo üniversitesinde profesör Hiroki Wadati önderliğindeki araştırmacılar kobalt oksit (SrCo6O11) gibi belirli bir manyetik malzemede şeytanın merdiveni davranışını gözlemledi. Araştırmacılar bu malzemenin mikroskobik davranışını inceleyerek neredeyse dejenere yada dejenere olmuş manyetik enerjilere sahip çok sayıda manyetik yapıları içerdiğini buldu. Bu, neredeyse birçok dejenere manyetik yapıların birlikte var olması şeytanın merdiveni davranışına neden olur, ki birçok (prensipte, sonsuz sayıda) orantılı adım gibi yapıların görünümüne sahiptirler.
Şeytanın merdiveni davranışı mikroskobik etkilerden ortaya çıkmasına rağmen, bu davranış ayrica malzemenin makroskobik özelliklerine yansıtılmıştır. En ilgi çekici özelliklerinden biri malzemenin çok büyük manyetodirencidir, bu demek oluyor ki uygulanan bir manyetik alan malzemenin elektriksel direncini değiştirir. Bu özellik, yeni işlevler ile yapay malzemeleri tasarlamak için çıkarımlara sahip olabilir.
Kobalt oksit’ in bu küçük ölçekli manyetik özelliklerini ortaya çıkarmak için araştırmacılar soft X-ray scattering (RSXS, yumuşak X-ışını saçılması) tekniğini kullandılar, bu teknik bir malzemeyi X-ışını bombardımanına tutup ve saçılan X-ışınlarının enerji ve momentumunun ölçümünü içerir. Nispeten son gelişme olarak RSXS katı malzemelerin düzenli yapılarını araştırmak için güçlü bir araç olduğunu kanıtlamıştır. Şimdiye kadarki ilklerden biri olarak, araştırmacılar burada birkaç Tesla manyetik alanlarla RSXS kullandı. Teknik, daha önceki deneylerde tespitten kaçan birkaç küçük ölçekli manyetik yapıları keşfetmek için araştırmacılara olanak sağladı.
Bilim insanları, malzemenin neredeyse dejenere manyetik evrelerinin alışılmadık sayıda ve şeytanın merdiveni davranışı sonucu oluşan manyetik evreler arasındaki rekabete dayandırıyor. Bu rekabet tek evreli başkalarına hakim yeterince güçlü olmadığı için, manyetik frustrasyonla sonuçlanır. Sonuçlar gösterdi ki, güçlü manyetik frustrasyon malzemede çok büyük manyetodirenç vermek için bileşeninin bir anahtarıdır ve ayrıca çok düşük kimyasal doping de malzemeyi aşırı derecede duyarlı yapar.
Bu duyarlılığı kanıtlamak için, araştırmacılar baryum atomları ile stronsiyum atomlarını sadece %3 yerleştirerek malzemenin dejenere manyetik evrelerinin tamamına yakınını yok ettiğini, tüm manyetik özelliklerini fazlasıyla değiştirdiğini gösterdi. Malzemenin özellikleri bu yöntemle kolaylıkla ayarlanabildiği için, bilim insanları bu araştırmayı malzemenin çeşitli teknolojik uygulamalar için manyetik ve elektriksel özelliklerini kontrol eden ve mühendislik uygulamalarına doğru bir yol sunabileceğini umut ediyor.
Wadati Phys.org’ da “Gelecekteki rezonans yumuşak X- ışını kırınımı çalışmalarında, diğer malzemelerde de şeytanın merdiveni davranışına benzer davranışı bulmayı bekleyebiliriz” dedi. “Şeytanın merdiveni davranışı spintronik malzemelerin yeni tiplerinin gelişimine yol açabilir, bu malzemelerin elektrik özdirenç seviyeleri ayrı kullanılabilir.”
Kaynak:
http://phys.org/news/2015-06-physicists-magnetic-devil-staircase.html
