Neodym. Kredit: volně dostupné / Wikimedia Commons.

Lidé jsou obvykle smíření s existencí čtyř základních skupenství hmoty, tj. s pevnými látkami, kapalinami, plyny a plazmaty. Ve skutečnosti ale vedle těchto skupenství existuje ještě celý svět exotických stavů hmoty, který rozhodně stojí za pozornost. Občas se v něm odehrávají pozoruhodné objevy. Teď se k suprapevné hmotě, excitoniu, časovým krystalům a dalším zvláštním skupenstvím přidalo nové.

Umut Kamber. Kredit: Radboud University Nijmegen.

Fyzici nizozemské Radboud University Nijmegen a švédské Uppsala University nedávno objevili další z exotických skupenství hmoty. Jde o nový typ spinového skla, tedy materiálu, který na první pohled rozhodně není skleněný, ani ho netvoří křemičitany. Spinové sklo je totiž obvykle kovový magnetický materiál, jehož magnetické momenty jsou ve stavu chaosu a svým uspořádáním připomínají sklo. V klasických magnetických materiálech jsou přitom spiny v atomech uspořádány jedním směrem.

Až doposud byla spinová skla (spin glass) známá jen z určitých kovových slitin. Umut Kamber z Radboudu a jeho kolegové ale zjistili, že se podobné skupenství hmoty spontánně nachází v čistém neodymu (Nd), prvku skupiny lanthanoidů. Nazvali ho samonavozené spinové sklo, anglicky „self-induced spin glass“. O neodymu se už dlouho ví, že má podezřelé magnetické vlastnosti. Badatelé ho prozkoumali pomocí rastrovacího tunelového mikroskopu a nestačili se divit. Ukázalo se, že spiny v neodymu krouží ve tvaru spirály. Navíc to dělají různou rychlostí, takže se tvar této spirály neustále mění.

Struktura magnetu, spinového skla a samonavozeného spinového skla. Kredit: Daniel Wegner.

Jak uvádí Daniel Wegner z Radboudu, díky rastrovacímu tunelovému mikroskopu mohli pozorovat strukturu jednotlivých atomů neodymu a rozlišit, kde mají tyto atomy svůj severní a jižní magnetický pól. To jim dovolilo rozkrýt magnetické chování materiálu tvořeného neodymem.

Badatelé se rovněž domnívají, že by tento stav hmoty, tedy samonavozené spinové sklo, nemusel být omezený jen na neodym. Je prý možné, že se ukrývá i v jiných materiálech. Zároveň je napadlo, že komplexní „chování“ spinů atomů neodymu by mohlo být využito jako platforma napodobující fungování biologických neuronů při vývoji budoucích systémů umělé inteligence.

Literatura

Radboud University Nijmegen 28. 5. 2020.

Science 368: eaay6757.