Magnetismin vallankumous: MIT-tutkijat löytävät p-aaltomagnetismin!

Magnetismin vallankumous: MIT-tutkijat löytävät p-aaltomagnetismin!

Mullistavalla fysiikan löydöllä voi olla kauaskantoisia vaikutuksia teknologiaan. Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat tunnistaneet uudenlaisen magnetismin, joka tunnetaan nimellä P-aaltomagnetismi, joka yhdistää sekä ferromagnetismin että antiferromagnetismin ominaisuudet ainutlaatuisessa kombinatorisessa lähestymistavassa. Tästä löydöstä kerrottiin äskettäin ilmestyneessä lehdessä Luonto esiteltiin 28. toukokuuta.

Magnetismi on perustavanlaatuinen fyysinen voima, jolla on keskeinen rooli jokapäiväisessä elämässämme jääkaapeista sähkömoottoreihin. Magnetismin perustekijät perustuvat atomien ja elektronien kohdistamiseen magneettikentässä. Ferromagneettiset materiaalit, kuten rauta, nikkeli ja koboltti, osoittavat atomikierrostensa yhdensuuntaista suuntausta, mikä luo voimakkaita magneettikenttiä. Sitä vastoin antiferromagneettiset materiaalit saavat vierekkäiset atomit kohdistumaan vastakkaisiin suuntiin, mikä kumoaa niiden magneettiset ominaisuudet.

P-aallon magnetismin löytö

Uusi magneettifaasi löydettiin nikkelijodidista (NiI2), kaksiulotteisesta kiteisestä materiaalista. Tässä materiaalissa elektroneilla on edullinen spin-orientaatio, joka heijastuu spiraalimuodossa. Tutkijat havaitsivat, että elektronien spinit voidaan vaihtaa spinspiraalin suuntaan käyttämällä sähkökenttää. Tämä avaa mahdollisuuden materiaalin magneettisten ominaisuuksien dynaamiseen ohjaukseen, johon ulkoiset sähköjännitteet voivat vaikuttaa.

Löytöihin johtaneet kokeet suoritettiin kontrolloiduissa olosuhteissa MIT:ssä. Tutkijat syntetisoivat nikkelijodidia kerrostamalla elementtejä kiteiselle alustalle ja lämmittämällä niitä sitten. Analysoidut tiedot osoittavat, että elektronien spinit korreloivat käytetyn polarisoidun valon kätevyyden kanssa. P-aaltomagnetismia on havaittu noin 60 kelvinin ultrakylmissä lämpötiloissa, mikä avaa mahdollisuuden löytää materiaaleja, joilla on nämä ominaisuudet huoneenlämpötilassa tulevaisuudessa.

Potentiaalia tekniikassa

P-aaltomagnetismin löytämisellä on potentiaalia saada aikaan merkittäviä muutoksia teknologiassa, erityisesti spintroniikan alalla. Tämän tekniikan tarkoituksena on käyttää elektronien spiniä sähkövarausten sijaan tietojen tallentamiseen. Edut ovat lupaavia: suurempi varastointitiheys, nopeammat käsittelynopeudet ja pienempi energiankulutus voivat seurata. Mahdollisia sovelluksia on myös antureissa ja autoteollisuudessa.

MIT:n tutkimus on yhdenmukainen laajemman elektronien spin-manipulaatiokentän kanssa. Vastaavia toimia tehdään myös muissa kansainvälisissä instituutioissa, kuten Mainzin Johannes Gutenbergin yliopistossa. Vaikka P-aaltomagnetismi on lupaava löytö, seuraava haaste on edelleen tunnistaa materiaalit, joilla on nämä erityisominaisuudet jopa korkeammissa lämpötiloissa.

Magneettisten faasimuutosten ja niiden sovellusten tutkimuksen edistyminen on tärkeää paitsi perustieteen kannalta. Tällaiset siirtymät ovat ratkaisevan tärkeitä sen ymmärtämisessä, kuinka materiaalit muuttavat magneettisia tilojaan, millä voi olla suoria vaikutuksia innovatiivisiin teknologioihin tiedontallennus- ja materiaalikehityksessä. Mahdollisuus vaikuttaa magnetismiin lämpötilan muutosten tai paineensiirtojen kautta on myös erittäin kiinnostava ja voi avata uusia mahdollisuuksia fysiikassa ja sen ulkopuolella.

Seuraavat linkit tarjoavat lisätietoa magnetismin perustutkimuksesta ja sen sovelluksista: oe24, MIT-uutiset, ja StudySmarter.