Otkrivena nova vrsta magneta

Kratkotrajni kvazipartikli čine uranove spojeve magnetskim usprkos kaotičnim okretima

U normalnim magnetima ispravljaju se centrifuge nekoliko susjednih atoma. Singl magneti stvaraju samo male, kratkotrajne "grudice" usklađenih okreta. © Lin Miao / Sveučilište u New Yorku
čitati naglas

Iznenađujući nalaz: Istraživači su otkrili neobičnu vrstu magnetizma u uranovom spoju. Budući da ovaj materijal može privremeno postati magnetski bez da se centrifuge poravnaju njegovi atomi. To je moguće jer se u materijalu formiraju kratkotrajni kvazipartikli - takozvani spin ekscitoni. Prilikom interakcije nastaju kratkotrajna magnetska polja. Ovo bi moglo biti korisno za nova magnetska sjećanja računala.

Od kuhinjskog magneta do geodinoma naše zemlje: Gotovo svi poznati magneti djeluju po istom principu: Budući da svi vrtići njihovih atoma usmjeravaju u istom smjeru, nastaje magnetsko polje. Međutim, u nemagnetskim materijalima, centrifuge su usmjerene, tako da se njihov učinak poništavaju. Ciljana manipulacija spinova i samim tim magnetska svojstva atoma mogla bi se ubuduće upotrijebiti za stvaranje novih podataka za pohranu podataka - magnetska pohrana kao samo nekoliko atoma.

Ali sada su Lin Mao sa njujorškog sveučilišta i njegovi kolege otkrili potpuno novu vrstu magneta - u materijalu koji na prvi pogled možda neće biti magnetski. Budući da spoj urana-antimon USb2 ima neuredne spinove. Čudno je da, pod određenim uvjetima, ovaj spoj pokazuje neočekivano koherentne kvantne reakcije. "Ovaj materijal nas mistificira već desetljećima", objašnjava Miao. "Jer način na koji magnetizam i električna energija djeluju iznutra izgleda bizarno."

Kratkotrajni kvazipartici kao generator magnetskog polja

Sumnja istraživača: Vjerojatno se u ovom uranovom spoju događa nešto što je teoretski postavljeno prije otprilike 50 godina. Prema toj teoriji, čak i u nemagnetnom materijalu, magnetski trenutak može privremeno nastati. To nastaje takozvanim spin-ekscitonima - kratkotrajnim kvazi-česticama koje nastaju međudjelovanjem elektrona.

Problem je, međutim, što ti spin ekscitoni obično vrlo brzo ponovo nestanu. "Ali ako ih imate puno, teorija je da se oni mogu međusobno stabilizirati i potom katalizirati pojavu još više spin ekscitona - poput svojevrsne kaskade", objašnjava Miaoov kolega Andrew Wray. Do sada su, međutim, istraživači pronašli malo dokaza da materijali zapravo mogu proizvesti takva polja magnetskog eksitona - i ako jesu, samo na ekstremno niskim temperaturama. prikaz

eksiton polja

To se razlikuje od spoja uranij-antimon USb2, kao što to Miao i njegov tim sada pokazuju pomoću rendgenskog raspršivanja, raspršivanja neutrona i pratećeg modeliranja. Prema tome, magnetska polja ekscitona u ovom materijalu nastaju čak i pri znatno višim temperaturama. Prema istraživačima, ovaj uranijski spoj mogao bi biti prvi primjer takvog magneta ekscitona iznad ultrahladnih uvjeta.

"Naši rezultati i teorijska analiza pokazuju da su anomalična svojstva ovog materijala posljedica činjenice da je ovo prva poznata visokotemperaturna realizacija singletnog magnetskog stanja", navode. "U ovome, magnetizam nastaje postupkom sličnim kondenzaciji ekscitona." To ne samo da može objasniti neobično ponašanje ovog uran-spoja, već bi i dokazalo Da je teorija singletnih magneta tačna.

Praktična primjena za magnetsko skladištenje

Ali ovo bi otkriće moglo imati i praktično značenje: "Danas se istražuje puno magnetizma kako bi se poboljšala tehnologija za pohranu podataka", objašnjava Wray. Velika prednost magneta temeljenih na singletima u ovom kontekstu je ta što pokazuju nagli prijelaz između nemagnetskog i snažno magnetiziranog stanja. "To bi mogla biti prednost za brzinu prebacivanja u računalu i njegovu potrošnju energije", kaže Wray.

Uz to, magneti na temelju ekscitonskih polja različito reagiraju na električnu struju. "Elektroni koji ulaze u materijal više djeluju s nestabilnim magnetskim trenucima, a ne jednostavno prolaze kroz njih", objašnjava Wray. "To bi moglo osigurati bolju kontrolu magnetski pohranjenih podataka." (Nature Communications, 2019; doi: 10.1038 / s41467-019-08497-3)

Izvor: Sveučilište New York

- Nadja Podbregar