Científicos del MIPT y otros institutos de investigación y universidades han descubierto fenómenos inusuales que ocurren en un solo hexaboruro de cerio (CeB ₆ ) cristal. Al realizar un experimento de resonancia de espín de electrones (ESR), los investigadores confirmaron el estado del material, que se ha denominado una "excepción a las excepciones, "ya que su comportamiento desafía cualquier explicación en términos de modelos existentes y teorías convencionales. Los hallazgos de la investigación se publicaron en Informes científicos .

A pesar de 40 años de estudio, el hexaboruro de cerio todavía presenta desafíos de investigación debido a sus propiedades inusuales. Es un compuesto que pertenece a la clase de materiales fuertemente correlacionados, es decir., materiales cuyas propiedades no se pueden describir adecuadamente sin tener en cuenta las interacciones entre electrones (también conocida como correlación electrónica). Se han propuesto muchas teorías para explicar las propiedades físicas anómalas del hexaboruro de cerio, pero todos demostraron ser incapaces de predecir los resultados de los experimentos de ESR. Podría darse el caso de que la teoría de la VSG en sistemas fuertemente correlacionados necesite mejorarse sustancialmente para tener en cuenta el comportamiento excepcional del hexaboruro de cerio.

La espectroscopia ESR se utiliza para estudiar muestras que contienen partículas con espines no apareados, verbigracia., electrones y radicales. Se coloca una muestra en un campo magnético estable y se expone a radiación de microondas. Se obtiene un espectro de ESR de la muestra, del que se pueden extraer datos sobre su estructura química y propiedades. La calibración absoluta de los espectros de ESR en unidades de permeabilidad magnética y el análisis de la forma de la línea espectral de ESR permiten a los científicos encontrar los parámetros espectroscópicos:factor g (relación giromagnética), ancho de línea (tiempo de relajación del giro), y magnetización oscilante o susceptibilidad magnética dinámica.

La VSG en hexaboruro de cerio se informó en un estudio anterior de los mismos autores. Desarrollaron una técnica experimental única capaz de captar la señal ESR de hexaboruro de cerio y materiales similares. Los espectrómetros ESR convencionales a menudo enfrentan considerables dificultades para detectar señales de materiales fuertemente correlacionados.

Los hallazgos experimentales fueron inesperados. Por una cosa, sus mediciones mostraron que la magnetización oscilante a lo largo de la dirección cristalográfica [100] puede exceder la magnetización estática total de la muestra. Esto va en contra de las expectativas del sentido común (y las predicciones teóricas), Dado que teóricamente se supone que la magnetización oscilante es uno de los constituyentes del momento magnético de la muestra, es decir., debe ser menor que la magnetización total. Según los científicos, Una forma sencilla de explicar este hallazgo sería decir que hay algunos interacciones no contabilizadas entre los electrones libres y los electrones en la subcapa 4f de los iones de cerio. Esta explicación cualitativa, sin embargo, necesita ser confirmado por cálculos teóricos adicionales.

Otro resultado inesperado del experimento es la correlación entre las dependencias angulares de la magnetorresistencia y el ancho de la línea espectral ESR con respecto al campo magnético externo (bajo la rotación de la muestra de cristal). La correlación es notable, ya que los parámetros anteriores tienen una naturaleza física completamente diferente. Por lo tanto, esta correspondencia no fue anticipada. Los autores del estudio ofrecen la siguiente explicación:dado que el ancho de la línea de ESR está determinado en gran medida por las fluctuaciones de giro, el valor de la magnetorresistencia del material también puede estar dominado por la dispersión de electrones en banda en las fluctuaciones de espín.

Las mediciones informadas en el estudio fueron posibles gracias a las mejoras en el diseño del equipo introducidas por Marat Gilmanov y Alexander Samarin. estudiantes de doctorado en MIPT que trabajan bajo la supervisión de Alexey Semeno, investigador principal del Instituto de Física General Prokhorov de la Academia de Ciencias de Rusia (GPI RAS), quien también se graduó de MIPT.

"Hemos logrado un mayor grado de sensibilidad y estabilidad para esta clase de materiales que cualquier otro experimentador en el mundo. Esto significa que nadie más puede realizar mediciones de ESR de metales fuertemente correlacionados con tanta precisión como nosotros. Y es nuestro equipo mejorado que nos permite ver lo que otros no pueden, "dice el profesor Sergey Demishev del MIPT, quien también dirige el Departamento de Baja Temperatura e Ingeniería Criogénica en el Instituto de Física General Prokhorov.