Yaklaşık bir yüzyıldır ilk kez, fizikçiler yepyeni bir manyetik malzeme türü belirlediler.
Bir fizik ders kitabını açın ve bilim adamlarının manyetik malzemeleri iki ana türe sınıflandırdığını okuyabilirsiniz: ferromıknatıslar ve antiferromıknatıslar. Mıknatıs denilince çoğu insanın aklına ferromıknatıslar gelir. Bu malzemeler, buzdolabındaki fotoğrafları tutmalarını veya manyetik pusulanın kuzeyi göstermesini sağlayan bir manyetik alana sahiptir. Antiferromıknatısların harici bir manyetik alanı yoktur ancak başka manyetik tuhaflıkları vardır.
Artık bu klasik ikili bir üçlü haline geldi. Fizikçiler, alternatif mıknatıslar adı verilen ve daha hızlı, daha verimli bilgisayar sabit diskleri gibi yeni teknolojilere yol açabilecek yeni bir manyetik malzeme sınıfının varlığını bildirdiler.
.email-conversion { border: 1px katı #ffcccb; Beyaz renk; üst kenar boşluğu: 50 piksel; arka plan resmi: url(“/wp-content/themes/sciencenews/client/src/images/cta-module@2x.jpg”); dolgu: 20 piksel; ikisini de temizle; }
Bilim Haberleri başlıkları, gelen kutunuzda
En son Bilim Haberleri makalelerinin başlıkları ve özetleri, her Perşembe e-posta gelen kutunuza gönderilir.
Alternatif mıknatısların ardındaki fikir son derece basit olsa da, Fairfax, Virginia’daki George Mason Üniversitesi’nden teorik fizikçi Igor Mazin diyor ki, “bir şekilde… yakın zamana kadar kimse bu olasılığı düşünmemişti.” Üçüncü bir manyetik kategorinin bu kadar uzun süre fark edilmeden kalmış olması “benim için çok şaşırtıcı.”
Bunun nedeni, manyetik malzemelerin incelenmesinin eski bir bilim olmasıdır. Ferromıknatıslar binlerce yıldır bilinmektedir. Mineral manyetitin mıknatıslanmış bir formu olan mıknatıs taşı, eski Yunanlıları büyüledi. Çinliler mıknatıslanmış minerali M.Ö. dördüncü yüzyılda ilk pusulalara dönüştürdüler. (SN: 28.1.11). Antiferromıknatıslar 1930’larda keşfedildi.
Sonra, birkaç yıl önce teorik tahminler, alternatif mıknatısların var olabileceğini öne sürdü. Bilim insanları bunları aramaya başladığında, araştırmacılar manyetik malzemelerin gerçek ve bol olduğunu hemen keşfettiler.
Alternatif mıknatıslar kendi sınıflarıdır
Mikroskobik düzeyde, malzemeler manyetizmalarını atomlarından alırlar. Atomlar, atomların elektronları tarafından bahşedilen bir kuantum mekaniksel özellik olan dönüşe sahiptir. Bu dönüş, her atomun küçük bir mıknatıs gibi davranmasını sağlar. Dönüşler, normalde yukarı dönüş ve aşağı dönüş olarak adlandırılan farklı yönlere işaret edebilir. Spinleri düzenli bir şekilde düzenlenmiş herhangi bir malzeme (dışarıdan uygulanan herhangi bir manyetik alan olmadığında) fizikçiler tarafından manyetik malzeme olarak kabul edilir.
Ferromıknatıslarda atomların dönüşleri hizalanır, böylece manyetik alanları birleşerek malzemeyi çevreleyen bir manyetik alan oluşturur. Antiferromıknatıslar bunun tersini yapar: Atomların dönüşleri farklı yönlerdedir ve manyetik alanları birbirini götürerek net alan oluşturmaz.
Alternatif mıknatıslarda atomların dönüşleri dönüşümlüdür ancak ek bir bükülme vardır. Sadece komşu atomların dönüşleri zıt olmakla kalmıyor, aynı zamanda atomlar da dönüyor. Antiferromıknatısları, dönüş ve aşağı dönüş için alternatif siyah ve beyaz karelerin bulunduğu bir dama tahtası gibi düşünürseniz, o zaman alternatif mıknatıslar bir M.C. gibidir. Escher’in sadece renkleri değişmeyen, aynı zamanda birbirlerine göre dönen mozaik şekiller (kuşlar, atlar veya Escher’in diğer motifleri) ile çizimi.
M.C.’nin mozaik şekilleri. Escher’in sanat eserleri alternatif mıknatıslara bir benzetmedir. Bu çizimdeki döndürülmüş kuşlarda görüldüğü gibi, atomlar hem dönüşleri (renklerle temsil edilir) hem de yönelimleri açısından değişmektedir.
Maurits Cornelis Escher/Rijksmuseum
Bir alternatif mıknatıs alırsanız, onun dönüşlerini ters çevirin ve onu döndürün. malzeme örneğin 90 derece açıyla orijinal haliyle aynı görünecektir. Bu, diğer manyetik malzemelerden farklı, özel bir simetri türüdür. Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi’nden Jairo Sinova ve meslektaşları, Eylül 2022’de Physical Review X’te bu simetrinin alternatif mıknatısları kendi sınıflarına yerleştirdiğini savundu. Bu, 2019’dan bu yana alternatif mıknatısların haritaya yerleştirilmesine yardımcı olan çok sayıda teorik makaleden biri. .
Deneyler artık belirli malzemelerin alternatif manyetik kimliklerini doğrulamaya başladı.
Alternatif mıknatıslar gerçek oluyor
Bilim insanları, alternatif mıknatıs malzemeleri içindeki elektronların bazı olağandışı özelliklere sahip olacağını öngördü.Özellikle önemli olan, malzemedeki bir elektronun enerjisinin onun momentumuyla nasıl ilişkili olduğunu ortaya koymaktır. Ferromıknatıslarda, o haritada belirli bir enerjiye sahip elektronlar ayrılır: Momentum, dönüşe bağlıdır. Yukarı doğru dönen elektronlar, aynı enerjiye sahip olan aşağı doğru dönen elektronlardan farklı bir momentuma sahip olacaktır.
Ancak antiferromıknatıslarda elektronların yukarı ve aşağı dönüşü aynıdır. Belirli bir enerji için her iki dönüş de aynı momentuma sahip olacaktır.
Alternatif mıknatısların tuhaf ikili doğası işte burada devreye giriyor. Bilim insanları, malzemelerin elektronlarının dönüşe göre bölüneceğini ancak yalnızca belirli yönlerde hareket eden elektronlar için olacağını öngördü. Bu, bazı yönlerde malzemenin bir ferromıknatıs gibi, diğerlerinde ise bir antiferromıknatıs gibi davranacağı anlamına gelir.
Bu etkiyi doğrulamak için bilim insanları, bir malzemeye ışık çarptığında yayılan elektronları ölçen, açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi adı verilen bir teknik kullandılar. Bu yöntemle araştırmacılar, manganez tellür materyalinde spin bölünmesini gözlemlediler. Malzeme 1960’lardan bu yana inceleniyor ve daha önce bir antiferromıknatıs olarak anlaşıldığı düşünülüyordu. Ancak araştırmacıların 15 Şubat tarihli Nature dergisinde bildirdiğine göre, sonuçlar tahmin edilen alternatif manyetik davranışla eşleşiyordu.
Aynı sıralarda, 19 Ocak’ta Fiziksel İnceleme Mektupları’nda ve 15 Mart Fiziksel İnceleme B.
Ve daha fazla alternatif manyetik malzeme ortaya çıkıyor. 2 Şubat Science Advances dergisinde yer alan bir makalede, rutenyum dioksitte altermanyetizmanın ayırt edici özellikleri bulundu ve 8 Mart’ta Nature Communications dergisinde yayınlanan bir makale, krom ve antimon bileşiğinden oluşan ince filmlerde alternatif manyetik davranışı tanımladı. .
Almanya’daki Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi’nden fizikçi Libor Šmejkal, “Sonuç olarak… bu, alternatif mıknatısa ev sahipliği yapan tek bir nadir sistem değil” diyor. Sonuçlar, alternatif mıknatısların sadece teorik olmadığını doğruladı. Bunlar yeni, üçüncü sınıf manyetik malzemedir.
Alternatif mıknatıslar yalnızca birden fazla malzemede bulunmaz, aynı zamanda ferromıknatıslardan daha fazla alternatif mıknatıs adayı da vardır. Prag’daki Çek Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü’nden deneysel fizikçi Helena Reichlová, malzemelerin belirsiz veya zehirli olmadığını söylüyor. Araştırmacılar bu materyalleri nasıl üreteceklerini ve onlarla nasıl çalışacaklarını zaten biliyorlar. “Zaten burada bizimle birlikteler, sadece bize gizlendiler.”
Türüne göre tahmini manyetik malzeme sayısı
Bilinen malzemelerden oluşan bir veritabanına dayanarak, bilim adamları bu sayıyı tahmin etti alternatif mıknatıs adayları. Malzemeler, daha iyi bilinen ferromıknatıslarla karşılaştırıldığında şaşırtıcı derecede yaygın olabilir.B. FiyatBilim insanları, bilinen malzemelerden oluşan bir veri tabanına dayanarak, alternatif mıknatıs adaylarının sayısını tahmin etti. Malzemeler, daha iyi bilinen ferromıknatıslarla karşılaştırıldığında şaşırtıcı derecede yaygın olabilir.B. Fiyat
Yeni mıknatıslar kendilerine uygun bir yer buluyor
Alternatif mıknatısların doğası onları özellikle belirli teknolojik uygulamalara uygun hale getirebilir. Şu anda ferromıknatıslar, 0’ları ve 1’leri küçük manyetik bitler halinde kodlayan manyetik bilgisayar sabit diskleri için kullanılıyor. Ancak teknoloji, ferromıknatısların manyetik alanlarıyla sınırlıdır. Šmejkal, “Ferromıknatıslardaki bu mıknatıslanma, örneğin sabit disklerde kullandığımız tüm bu heyecan verici efektlerin kaynağıdır” diyor. “Ama aynı zamanda bir düşman.”
Manyetik bitlerin sıkı bir şekilde paketlenmesi zordur: Yakın mesafeye yerleştirilen ferromanyetler, manyetik alanları aracılığıyla birbirlerine müdahale edebilir. Ve manyetik bitlerin bir hız sınırı vardır: 0’dan 1’e ancak bu kadar hızlı geçiş yapılabilir.Ancak bu planda bir sorun var. Verileri okumak için sabit sürücüler, ferromıknatısların dönüş bölme davranışından yararlanır. Antiferromıknatıslarda elektronlar dönüşe göre bölünmezler.
Net manyetik alanı olmayan ancak elektronları spin yoluyla bölen alternatif mıknatıslar her iki dünyanın da en iyisini sağlayabilir. Çek Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü’nden fizikçi Tomáš Jungwirth, altermagnetizmin “ferromıknatısların bazı önemli sınırlamalarına çare gibi göründüğünü” söylüyor.
Dahası, ferromıknatıslar metal olma eğilimindeyken, alternatif mıknatıslar yapılabilir. çeşitli malzeme türlerinden (SN: 1/11/23). Örneğin manganez tellür bir yarı iletkendir. Yarı iletkenler bilgisayar çipleri yapımında kullanıldığından bilim insanları, aynı zamanda yarı iletken olan manyetik bir malzemenin, bellek ve işlemciyi tek bir malzemede birleştirme olanağına olanak tanıyacağını umuyorlardı (SN: 10/4/13).
Sinova, “en iyi antiferromıknatıslar, en iyi ferromıknatıslar ve kendilerine özgü birkaç şeyle”, altermıknatısların manyetik statükonun sınırlamalarını yıktığını söylüyor. “Bu malzemeler tüm bu engelleri yıkıyor. Gerçekten onların içinden geçip gidiyorlar.”
.