Dysprosiumgermanide (DyGe ₃ ) is een zilverwitte verbinding die vuurvaste oxiden vormt die bijna onoplosbaar zijn in water. In een recente studie, wetenschappers pasten de druk van acht GPa toe om polykristallijne monsters van dysprosiumgermanide te verkrijgen in een metastabiele toestand van lokaal thermodynamisch evenwicht dat onder bepaalde omstandigheden in een stabielere toestand kan veranderen.

De natuurkundigen vonden een ladingsdichtheidsgolf (CDW) in deze verbinding - een fenomeen dat optreedt in sommige kristallen bij lage temperaturen vanwege de eigenaardigheden van hun elektronenstructuur. Een CDW beschrijft ruimte-periodieke modulaties van ionen en elektronendichtheid, d.w.z., de oscillerende ruimtewaarschijnlijkheid om elektronen en ionen langs de CDW-voortplanting te vinden.

Recente studies hebben zich gericht op de fysica van CDW in zeldzame aardverbindingen en hoe deze golf kristalroostervervormingen en magnetische ordening beïnvloedt. Magnetische ordening impliceert een spontane uitlijning van vectoren van atomaire magnetische momenten in een stof. Deze vectoren die zich op atoomposities bevinden, kunnen parallel (ferromagnetische orde) of antiparallel (anti-ferromagnetische orde) naar elkaar wijzen. Een paar jaar geleden, wetenschappers ontdekten dat een CDW kan voorafgaan aan en naast de anti-ferromagnetische orde bestaan.

Wanneer de temperatuur wordt verlaagd, CDW komt voor in het dysprosiumgermanide, gevolgd door een overgang naar een anti-ferromagnetische orde bij nog lagere temperatuur.

"We hebben ontdekt dat wanneer de kristalroosterstructuur enigszins wordt vervormd, de lokale symmetrie van de kristallocatie rond bepaalde atomen verandert, en de stof ervaart een overgang naar CDW. De golf beïnvloedt de magnetische eigenschappen van het materiaal, waardoor het verschijnen van een spiraalvormige magnetische structuur, " zei co-auteur Alexander Nikolaev, doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, en hoofdonderzoeker bij het laboratorium van elektronen-nucleaire en moleculaire processen van SINP.

Volgens de ploeg de resultaten illustreren de mechanismen van correlatie tussen ladings- en spinkarakteristieken in een elektronensysteem. Charge wordt geassocieerd met CDW, en spin met anti-ferromagnetische orde.

"Ons werk richt zich vooral op fundamentele kwesties van de fysica van de gecondenseerde materie, waaronder magnetisme en structurele faseovergang. In de toekomst, dit werk kan leiden tot een beter begrip van complex magnetisme in zeldzame aardverbindingen en het verschijnen van nieuwe toekomstige materialen, ’ concludeerde de wetenschapper.