📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Если кристалл нагреть, его атомы начинают дрожать сильнее — как струны, натянутые туже или слабее. В кристалле LaCoO3 (соединение лантана, кобальта и кислорода) при нагреве от 2 до 650 К происходят две важные перестройки: около 100 К меняется магнитное состояние ионов кобальта, а около 550 К материал из изолятора превращается в проводник. Между этими температурами физики заметили необычное поведение одного из колебаний кислородных атомов.

Это колебание с энергией около 10 мэВ (миллиэлектронвольт — это очень маленькая порция энергии, как едва заметное дрожание струны) становится аномально мягким. Мягкое колебание — как струна, которую ослабили: она дрожит медленнее и с большей амплитудой. Такое размягчение происходит только в определённой точке «музыкального строя» кристалла — при волновом векторе q = (1/2, 1/2, 1/2). Это как если бы одна конкретная нота в аккорде вдруг стала звучать громче и ниже.

Эта конкретная «нота» совпадает с предсказанием, сделанным ещё в 1958 году Джоном Гуденафом. Он предположил, что в этом материале ионы кобальта могут выстраиваться в упорядоченный узор из двух разных магнитных состояний — как шахматная доска, где чередуются «сильные» и «слабые» магнитики. Теперь дрожание кислородных атомов выдало, что такие узоры действительно возникают, хотя и на короткое время — как мерцание, а не как постоянная картина.

Связь между дрожанием атомов и магнитными перестройками — ключ к пониманию того, как материал меняет свои свойства. Когда электроны перестраиваются, они меняют силы, действующие между атомами, и это слышно в «музыке» кристалла. Такие исследования помогают создавать материалы с нужными свойствами — например, термоэлектрики, превращающие тепло в электричество, или умные сенсоры.