26 юни 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Откриха нов тип магнит, който не би трябвало да съществува

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 11 февруари 2019 в 00:1538140
В нормален магнитен материал плътните магнитни моменти се опитват да се подравнят със съседите си (вляво). От друга страна, в материал на базата на синглет, нестабилните магнитни моменти се появяват и спират да съществуват и се придържат един към друг в подредени групи (вдясно). Кредит: Lin Miao, NYU's Department of Physics

За първи път е създаден странен тип магнит, който има собствени правила, различни от тези на магнитчетата на хладилника ни, съобщава NewScientist.

Новият вид магнит е изработен от ураново съединение и може бързо да превключва от нула до силен магнит. Освен това може да функционира при нормални температури.

Постижението, описано в статия, публикувана в списание Nature Communications, е на екип от Университета в Ню Йорк, който смята, че новият магнит ще да подобри производителността на технологиите за съхранение на данни.

Обикновените магнити за хладилник се състоят  от малки частици, които се подравняват в една посока, за да се създаде магнитно поле. Посоката на магнетизма за всяка от частиците се нарича магнитен момент. Излагането на тази система на топлина ще елиминира магнетизма. Тези малки моменти ще останат - но ще бъдат насочени в произволни посоки и вече няма да са подравнени.

Някои материали нямат магнитни моменти, защото се намират в синглетно* състояние, при което всяка частица, която може да създаде магнитно поле, по същество се блокира от партньорска частица. Такива материали не би трябвало да бъдат магнити - но всъщност оказа се, че могат.

*понятие, заето от квантовата механика и означаващо система от две частици, чиито общ спин е 0.

Андрю Рей (Andrew Wray) от Университета в Ню Йорк и неговите колеги откриват, че съединение на уран и антимон може да се превърне в магнит, въпреки че частиците му са в синглетни състояния. Съединението съдържа малки пакети енергия, които не са съвсем частици, но имат магнитни моменти, и при подходяща температура могат да образуват групи, които създават магнитни полета.

Идеята, че това е възможно е отпреди 50 години. И макар да звучи невъзможно материал, който не притежава магнитни моменти, да бъде магнит, според учените това е осъществимо заради някакъв временен магнитен момент, наречен "спинов екситон", който може да се появи, когато електроните се сблъскат един с друг при подходящи условия.

"Единичният спинов екситон има склонността да изчезва бързо, но когато имаме много от тях, теорията предполага, че те могат да се стабилизират взаимно и да катализират появата на още повече спинови екситони, в един вид каскаден процес”, обяснява Рей за ScienceDaily.

Но всички предишни опити да се направи този тип магнит се извършва с материали при изключително ниски температури, което затруднява потвърждаването, че материалите са станали магнити или изучаването им.

"Това е първият наистина надежден образец", коментира Рей.

Урановите съединения от неговата група стават магнитни при около -70 ° C, което е стотици градуса по-топло от магнитите, направени в предишните експерименти.

Синглетните магнити имат по-рязък преход между магнитните и немагнитните фази, вместо бавно да се превръщат в магнитни, докато температурата се понижава. Това може да бъде от полза за консумацията на енергия и скоростта на превключване вътре в компютъра и да увеличи скоростта на записване на данните, които ще се съхраняват..

"Това ги прави добри за съхранение на дигитални данни", коментира Рей. 

"Има и голяма разлика в това как този вид магнетизъм се свързва с електрическите токове. Електроните, влизащи в материала, взаимодействат много силно с нестабилните магнитни моменти, а не просто преминават. Ето защо е възможно тези характеристики да позволят по-добър контрол на магнитно съхраняваната информация".

Материалът разбира се все още не е готов да бъде вложен с компютър - от една страна е направен от радиоактивен уран - но Рей отбелязва, че тези магнити могат да бъдат първата стъпка към постигането на този „синглетен” магнетизъм в други, по-здрави материали. 

Защо някои материали са магнити, а други - не

Казано по-просто - движението на електроните във всеки атома създава около него малко магнитно поле. Движещият се по орбита електрон образува вихрообразно магнитно поле.  Но по-голямата част от магнитното поле, се създава не от движението на електрона в орбита около ядрото. Магнитното взаимодействие между електроните в един атом се определя от ориентацията на магнитния "спин" на всеки електрон - квантово механично свойство, описващо вътрешния ъглов момент, който за елементарните частици има само две възможности или "нагоре", или "надолу".

Чувствителни към магнитното поле се електроните от външните обвивки и те определят магнетизма на материалите.

Така в някои атоми с нечетен брой електрони (каквито са феромагнитните елементи) се съдържат несдвоени електрони и поне един некомпенсиран спинов магнитен диполен момент. Орбиталите на съседно разположените атоми се припокриват, а състоянието, при което спиновете на несдвоените електрони са успоредни е енергийно най-изгодно.

спонтанно нарушение на симетрията
Вляво: немагнитен образец без привилегировано направление. Вдясно: магнитен образец  с привилегировано направление.
Илюстрация: elementy.ru

Свойството на феромагнитите да привличат други метали се дължи на сумарното магнитно поле на спиновете на електроните, които се съдържат в тях. 

Всеки атом, притежаващ магнитно поле може да се разглежда като малко магнитче, наречено домейн. В един феромагнит те са подредени. 

При немагнитни материали атомите тази тенденция за нареждане на магнитчетата се преодолява и ефектите на магнитното поле на отделните домейни взаимно се уравновесяват и материалът не се превръща в магнит в макро мащаб. Малките атомни магнитчета се ориентират на случаен принцип и нито една от посоките не е привилегирована.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.