I quasicristalli sono ordinati ma non periodici
Un ordine si dice non-periodico se una copia spostata non può corrispondere esattamente all’originale. Nelle due dimensioni esistono molti insiemi di tessere semplici in grado di coprire completamente e in modo non periodico una superficie. I quasicristalli estendano tali proprietà alle tre dimensioni. Il progetto SPINSINQUASICRYSTALS (Magnetic moments in geometrically frustrated systems with quasiperiodic order and disorder) ha lavorato su modelli per ottenere una migliore comprensione delle proprietà magnetiche dei quasicristalli. Una questione importante è data dal modo in cui le relative proprietà elettroniche esotiche influenzano il loro magnetismo. Lo studio ha posto l’attenzione sull’analisi di modelli teorici relativi ai quasicristalli delle terre rare. Si tratta di un tipo comune di quasicristallo magnetico avente momenti magnetici locali ben definiti con concentrazioni del 5-10 %. Tali quasicristalli interagiscono tramite interazioni magnetiche a lungo raggio (le cosiddette interazioni RKKY, Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida) e sono mediati da elettroni di conduzione. I ricercatori hanno sviluppato un metodo numerico migliorato per calcolare la forma dell’interazione RKKY utilizzando una Hamiltoniana con vincolo stretto definita su tassellature quasiperiodiche. In una seconda fase, le proprietà magnetiche dei sistemi quasiperiodici con interazione RKKY sono state analizzate mediante lo studio di estese simulazioni Monte Carlo. Per tutti i sistemi, è stata constatata la presenza di cluster di spin fortemente accoppiati con debole accoppiamento tra cluster su alcune strutture di tassellatura e una formazione di ordine magnetico a lungo raggio, alle basse temperature. La formazione di cluster fortemente accoppiati e le loro fluttuazioni, anche a temperature molto basse, appare coerente con le osservazioni sperimentali. Al contrario, la natura della transizione di ordinamento nel modello mostra chiare differenze dai recenti esperimenti, che in genere esibiscono una solidificazione simile allo spin del vetro in relazione ai momenti magnetici alle basse temperature. Un disordine dei siti atomici è molto comune nei quasicristalli. Per modellizzare tale disordine, un potenziale casuale è stato aggiunto agli elettroni di conduzione. I calcoli delle interazioni RKKY, combinati alle simulazioni Monte Carlo, hanno dimostrato che l’ordine magnetico a lungo raggio nei sistemi quasiperiodici viene distrutto a una forza di disordine finita.
Parole chiave
Quasicristallo, magnetismo, interazione Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida, tassellature
