Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης ανακάλυψαν έναν νέο τύπο μαγνητισμού σε υλικό που κατασκεύασαν στο εργαστήριο. Το υλικό γίνεται σιδηρομαγνητικό μέσω της ελαχιστοποίησης της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων του.
Εν συντομία:
– Ερευνητές στο ETH εντόπισαν ένα νέο είδος σιδηρομαγνητισμού που διαφέρει από εκείνο του κοινού μαγνήτη του ψυγείου.
– Σε αυτόν τον «κινητικό μαγνητισμό» το υλικό γίνεται μαγνητικό επειδή η ενέργεια κίνησης των ηλεκτρονίων ελαχιστοποιείται όταν οι μαγνητικές ροπές τους ευθυγραμμίζονται.
– Για να ανιχνεύσουν αυτό το φαινόμενο, οι ερευνητές παρήγαγαν ένα τεχνητό υλικό με μεγάλη σταθερά πλέγματος και το έψυξαν σε θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Ανακαλύφθηκε νέο είδος μαγνητισμού
Για να κολλήσει στην πόρτα του ψυγείου ένας μαγνήτης, πρέπει να λαμβάνουν χώρα κάποιες προϋποθέσεις: Οι μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων πρέπει να «κοιτούν» προς την ίδια κατεύθυνση, ακόμα και αν δεν τις βάζουν να το κάνουν αυτό κάποιες εξωτερικές δυνάμεις μαγνητικών πεδίων. Αυτό συμβαίνει λόγω ενός συνδυασμού ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ηλεκτρονίων και κβαντοκομηχανικών αλληλεπιδράσεων των σπιν των ηλεκτρονίων, που, με τη σειρά τους, ευθύνονται για τις μαγνητικές ροπές. Αυτό είναι μια κοινή εξήγηση για το ότι κάποια συγκεκριμένα υλικά είναι σιδηρομαγνητικά, ή μόνιμα μαγνητικά, αρκεί κάποιος να μην τα θερμάνει πάνω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Στο ΕΤΗ Zurich ομάδα ερευνητών από των Ατάτς Ιμάμογλου στο Ινστιτούτο Κβαντικής Ηλεκτρονικής και τον Γιουτζίν Ντέμλερ στο Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής εντόπισαν ένα νέο είδος σιδηρομαγνητισμού σε ένα τεχνητά παραγόμενο υλικό, όπου η ευθυγράμμιση των μαγνητικών ροπών λαμβάνει χώρα με διαφορετικό τρόπο. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Nature.
Στο εργαστήριο του Ιμάμογλου, ερευνητές παρήγαγαν ένα ειδικό υλικό με εξαιρετικά λεπτά (σε ατομικό επίπεδο) στρώματα δύο διαφορετικών υλικών-ημιαγωγών, το ένα πάνω στο άλλο. Στο «πλάνο» επαφής, οι διαφορετικές σταθερές πλέγματος των δύο υλικών- το πόσο χωρίζονται τα άτομά τους- οδηγεί σε μια δύο διαστάσεων δομή με μια μεγάλη σταθερά πλέγματος, που μπορεί να γεμίσει με ηλεκτρόνια, εφαρμόζοντας ηλεκτρική τάση.
Αυξάνοντας σταθερά την τάση, οι ερευνητές γέμισαν το υλικό με ηλεκτρόνια και μέτρησαν το επίπεδο μαγνητισμού. Μέχρι ένα σημείο το υλικό παρέμενε παραμαγνητικό, μέχρι που κάποια στιγμή άρχισε ξαφνικά να συμπεριφέρεται σαν σιδηρομαγνήτης. «Αυτό ήταν απόδειξη ενός νέου τύπου μαγνητισμού που δεν μπορεί να εξηγηθεί από την αλληλεπίδραση των ανταλλαγών» είπε ο Ιμάμογλου.
Ο Γιουτζίν Ντέμλερ, σε συνεργασία με τον μεταδιδακτορικό Ιβάν Μορέρα, είχαν μια ιδέα: Να δουν έναν μηχανισμό που είχε σκεφτεί ο Ιάπωνας φυσικός Γιοσούκε Ναγκαόκα από το 1996. Σε αυτό το μηχανισμό, κάνοντας τα σπιν να «δουν» προς την ίδια κατεύθυνση, τα ηλεκτρόνια ελαχιστοποιούν την κινητική ενέργεια, που είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια από τις ανταλλαγές. Στο πείραμα που έγινε παρατηρήθηκε πως κάτι τέτοιο συμβαίνει αμέσως μόλις υπάρξει πάνω από ένα ηλεκτρόνιο ανά πλέγμα στο πλέγμα του υλικού. Ως αποτέλεσμα, δημιουργούνται ζεύγη ηλεκτρονίων, σχηματίζοντας «(doublons) δουβλόνια». Η κινητική ενέργεια ελαχιστοποιείται όταν τα δουβλόνια εξαπλώνονται. Αυτό, ωστόσο, είναι δυνατόν μόνο αν τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια στο πλέγμα ευθυγραμμίζουν τα σπιν τους σιδηρομαγνητικά. «Ως τώρα, τέτοιοι μηχανισμοί κινητικού μαγνητισμού είχαν εντοπιστεί μόνο σε συστήματα- μοντέλα, για παράδειγμα σε τέσσερις συζευγμένες κβαντικές κουκκίδες», λέει ο Imamoğlu, «αλλά ποτέ σε εκτεταμένα συστήματα στερεάς κατάστασης όπως αυτό που χρησιμοποιούμε».
πηγή: https://www.huffingtonpost.gr/entry/anakaleftheke-neo-eidos-maynetismoe_gr_655b58b3e4b0ce6a31bdf1e2 – https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2023/11/a-new-kind-of-magnetism.html
Κατηγορίες:ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ
physicsgg 
Σχολιάστε