Τα μέταλλα Weyl και η προσομοίωση των αστροφυσικών δυναμό

Posted on 17/11/2018

0


Τα παράξενα υλικά που ονομάζονται μέταλλα Weyl θα μπορούσαν να μας αποκαλύψουν το μυστικό για το πως δημιουργείται το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Με τα υλικά που παράγουν το μαγνητικό δυναμό (ή μαγνητική γεννήτρια) και την διαδικασία μέσω της οποίας ένα ηλεκτρικά αγώγιμο στροβιλιζόμενο υλικό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο ασχολούνται οι ερευνητές Victor Galitski, Mehdi Kargarian, και Sergey Syzranov στην δημοσίευσή τους: Dynamo Effect and Turbulence in Hydrodynamic Weyl Metals.

Τα «δυναμό» είναι κάτι συνηθισμένο στο σύμπαν μας: παράγουν τα μαγνητικά πεδία της γης, του ήλιου μας, των άστρων, αλλά και των γαλαξιών.

Όμως οι επιστήμονες δεν κατανοούν πλήρως τις λεπτομέρειες δημιουργίας των μαγνητικών πεδίων εξαιτίας των αστροφυσικών δυναμό.  Και, δυστυχώς, η κατασκευή παρόμοιων δυναμό στο εργαστήριο δεν είναι εύκολη υπόθεση, αφού απαιτείται η κατασκευή γιγαντιαίων δεξαμενών γεμάτες με μέταλλο σε υγρή μορφή (π.χ. νάντριο) που θα περιστρέφονται ταχύτατα.

Τα μέταλλα Weyl ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 2015. Είναι τοπολογικά υλικά, που σημαίνει ότι η συμπεριφορά τους περιγράφεται από τον κλάδο των μαθηματικών που ονομάζεται τοπολογία. Τα ηλεκτρόνια στα μέταλλα Weyl κινούνται με περίεργους τρόπους και συμπεριφέρονται σαν να μην είχαν μάζα.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν πως μέσα σε αυτά τα υλικά τα ηλεκτρόνια υπακούουν στο ίδιο σύνολο εξισώσεων ( εξισώσεις Navier-Stokes για ιξώδη ρευστά συνδυασμένες με τις ηλεκτρομαγνητικές εξισώσεις Maxwell) που περιγράφουν τη συμπεριφορά των υγρών όταν δημιουργούν το φαινόμενο δυναμό, όπως ο λιωμένος σίδηρος στον εξωτερικό πυρήνα της Γης. Οι υπολογισμοί τους δείχνουν ότι, κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, θα πρέπει να είναι δυνατή η δημιουργία δυναμό από στερεά μέταλλα Weyl.

Ίσως είναι ευκολότερο να δημιουργηθούν τέτοια δυναμό στο εργαστήριο, καθώς δεν απαιτούν μεγάλες ποσότητες υγρών μετάλλων να στροβιλίζονται. Αντ ‘αυτού, τα ηλεκτρόνια σε ένα μικρό κομμάτι μετάλλου Weyl θα μπορούσαν να ρέουν σαν ένα υγρό, παίρνοντας τη θέση του υγρού μετάλλου.

Το αποτέλεσμα είναι ακόμα θεωρητικό. Αλλά εάν η ιδέα δουλεύει, οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν τα μέταλλα Weyl για να αναπαράγουν τις συνθήκες που υπάρχουν στο εσωτερικό της Γης και να κατανοήσουν καλύτερα το πως σχηματίζεται το μαγνητικό της πεδίο.

διαβάστε περισσότερα: www.sciencenews.org – physics.aps.org