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

Немагнитни метали за кратко са превърнати в магнит

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 08 август 2015 в 02:1659590

Две метала, които не притежават магнитни свойства - мед и манган - в нов експеримент се държат като магнити.

От всички познати 91 метали, само три могат да се нарекат "феромагнити", т.е. те са постоянни магнити при стайна температура: желязо, кобалт и никел. Но макар и за кратко време екип от физици от университета в Лийдс, са успели да накарат метали, които обикновено не са магнити - мед и манган - да се държат като такива. Технологията им включва създаването на най-тънки пластове от тези метали и взаимодействието им с особени молекули на въглеродна основа със структура на малки , нано-"футболни топки".

Критерият на Стоунър

Състоянието, което определя дали дадено вещество е феромагнитно се нарича критерий на Стоунър. Той обяснява защо желязото е феромагнит, а манганът не е, въпреки че елементите се намират един до друг в периодичната таблица.

Критерият на Стоунър е формулиран от проф. Едмънд Стоунър (Edmund Clifton Stoner), теоретичен физик, работил в Университета в Лийдс от 30-те до 60-те години. Стоунър разглежда атома като съставен от затворена сърцевина, изградена от запълнени електронни слоеве и единичен външен електрон, въртящ се около нея.  В основата си критерият анализира разпределението на електроните в един атом и силата на взаимодействието между тях. 

В него се посочва, че един елемент, за да бъде феромагнит, ако се умножи броя на различните състояние, които е позволено да заемат електроните в орбити около ядрото на атома- нарича се плътност на състоянията (Density of States - DOS), с нещо, наречено "обменно взаимодействие" , резултатът трябва да бъде по-голям от единица.

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.

Метален "сандвич" с фулерени

Фулерен. Илюстрация: wikipedia

Както е описано в прессъобщението, Оскар Сеспедес (Oscar Cespedes) от Университета Лийдс (Великобритания) и екипа му са накарали немагнитните мед и манган да придобият магнитни свойства. Те направил сандвич от тънки слоеве метал (2.5 нанометра) и слоеве фулерени (15 нанометра) - подобни на топки молекули от 60 въглеродни атома. Фулерените успяват да извлекат електрони от горната обвивка на металите.

В резултат те придобили магнитни свойства. След включването и после изключването на външно магнитно поле в пластинките се запазило около 10% от индуцираното магнитно поле. Макар и слаби и много тънки, все пак медта и мангана се превърнали в магнити.

За да проверят, че ефектът се дължи на прехода на електрони на границата метал-фулерен, учените сложили алуминиево фолио между слоевете. Магнитните свойства на пробите изчезнали.

Водещият автор Оскар Сеспедес се надява, че новата технология ще позволи да се създаде контрастно вещество за магнитно-резонансна томография, по-чисто и по-безопасно за здравето, отколкото сега използвания гадолиний. В будеще новите магнити може да се използват във вятърни турбини, електрически генератори вместо кобалт и никел, а също и редкоземните елементи, които са твърде скъпи и трудни за извличане.

Сега Сеспедес работи над това да удължи магнитния ефект - в момента той е само няколко часа и да го направи по-осезаем. Въпреки това, изследването, публикувано в Nature Materials е изключително обещаващо.

Това откритие може да доведе до създаването на нови видове хибридни органометални магнити. Този ефект може да се използва в спинтрониката и бъдещите квантови компютри, според статия, публикувана в списание Nature.



Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Истинският произход на 4/20
Истинският произход на 4/20
20 април 2019 в 16:0011599
Как възниква съзнанието?
Как възниква съзнанието?
16 април 2019 в 11:352013
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.