Qiziq: Ba'zi materiallar faqat juda yupqa bo'lganda magnit bo'ladimi?

Sizga bir narsa haqida aytmoqchiman. Bu vide tasavvur qilsangiz, lekin aslida haqiqiy fan. Va bu mening miyamni osmonga uloqtiradi.

Bo'shqa'ngiz: bir dona material bor — ruthenium dioksid. Oddiy holatda, ya'ni "qalin" holatda, u plastmassa kabi magnit emas. Hech qanday ajablanarli tomoni yo'q.

Lekin mana bu yerda qiziqarli qism boshlanadi.

Olimlar shu materialni juda yupqa qilganda — atiga bir necha atom qatlami qalinligida — va unga kichik bir bosim berganda, biror jumboqli narsa ro'y beradi. Material to'satdan magnit bo'lib qoladi.

Oddiy magnit emas, balki. U altermagnetizm deb ataladigan narsaning belgilarini ko'rsatadi. Bu — magnetismning g'alati uchinchi turi. Olimlar uni yaqinda jiddiy o'rgana boshlishdi.

Altermagnetizm nima o'zi?

Buni bosh og'ritmay tushuntiraman.

Magnetlar elektron spinlari tufayli ishlashini bilasiz. Har bir elektron kichkina magnit kabi aylanadi deb o'ylang. Oddiy ferromagnitlarda (masalan, xолодильникdagi magnetlarda) barcha spinlar bir xil tomonga qarab turadi — shunda magnit maydon yuzaga keladi.

Altermagnetizm esa boshqacha. Spinlar bir xil tomonga qaramaydi. Buning o'rniga, ular almashinib turadi — shaxmat taxtasiga o'xshab, yuqori spin va pastki spin navbatlashadi. Bu ularga texnologiya uchun foydali bo'lishi mumkin bo'lgan noyob xossalar beradi. Ammo uzoq vaqt hech kim altermagnetizm haqiqatan ham mavjudligiga ishonmasdi.

Endi, ruthenium dioksid yangi altermagnetik material sifatida ko'rilmoqda. Muammo shundaki, u faqat juda kichik va bosim ostida bo'lganda shunday xususiyat ko'rsatadi.

Yillar ketgan "Evrika" daqiqasi

Rice University fizigi Ming Yi boshchiligidagi tadqiqot guruhi buni amalga oshirish uchun juda zukko bo'lishi kerak edi.

Avvalo, ular ruthenium dioksidni ultraram film sifatida o'stirishlari kerak edi — atiga bir necha atom qalinligida. Bu qilishdan ko'ra aytish oson. Keyin ular uning "spin teksturasini" o'lchashlari kerak edi — ya'ni elektron spinlari fazoda qanday joylashganini xaritalash.

Ular spin-rezolyutsiyali burchak-aniqli fotoemission spektroskopiya usulidan foydalanishdi. Bu Star Trek serialidan olingan narsa kabi eshitiladi. Lekin muhim xulosa shu: material yetarlicha yupqa bo'lsa VA to'g'ri turdagi atom darajasidagi bosim ostida bo'lsa, elektron spinlari altermagnetizmga mos keladigan naqshlar ko'rsatadi.

Bosim yo'qmi? Yo'q. Oddiy, magnit bo'lmagan material.

Bu nima uchun muhim?

Mana bu yerda kundalik texnologiya uchun qiziqarli qismlar boshlanadi.

Tadqiqotchilar kashf etishdiki, bosim altermagnetizm uchun "sozlash knopkasi" kabi ishlaydi. Atom tuzilmasiga bosim ber, va magnit xususiyatni paydo qil yoki boshqar. Bosimni ol, va material yana zerikarli, magnit bo'lmagan holatiga qaytadi.

Bu spintronika uchun katta ahamiyatga ega bo'lishi mumkin.

Hozir kompyuteringiz ma'lumotni saqlash va qayta ishlash uchun elektr zaryadidan foydalanadi. Spintronika elektron spinidan ham foydalanmoqchi. Bu nima uchun muhim? Chunki spinga asoslangan xotira bugunkidan tezroq, energiya tejaydigan va kompakt bo'lishi mumkin.

Shunday kompyuter xotirasini tasavvur qilingki, u nafaqat kichikroq, balki elektr toki o'chirilganda ham ma'lumotni saqlaydi, ma'lumotlarni chaqmoq tezligida oladi va kamroq energiya sarflaydi. Bu orzu, albatta.

Bu Maxsus Effekt Emas — Bu Haqiqiy Fan

Menga bu hikoya yoqadi, chunki u kvant materiallari haqida muhim bir narsani ko'rsatadi: ular murakkab, bashorat qilish qiyin va ko'pincha biz kutganidan butunlay boshqacha harakat qiladi.

Ruthenium dioksid aslida yillar davomida ilmiy munozara markazida bo'lib kelgan. Fiziklar uning qalin holatda magnit bo'lishi haqida bahslashishgan. Oxir-oqibat, hamma kelishdi: yo'q, magnit emas.

Ammo bu yangi tadqiqot shuni ko'rsatadiki, materiallar haqidagi taxminlarimiz o'lchamlarini o'zgartirganda yoki tuzilmasiga bosim berganda asosiy tarzda xato bo'lishi mumkin.

Yi shunday dedi: "Bu ish shuni ko'rsatadiki, bu savollar qanchalik murakkab bo'lishi mumkin."

Xulosa

Biz altermagnit xotirani haqiqiy qurilmalarda ko'rishdan hali ehtimol yillar uzoqdamiz. Lekin bu kashfiyot yangi kvant materiallarini biz xohlagan xossalar bilan injiniring qilish yo'lida haqiqiy qadamdir.

Shu faktni tasavvur qilingki, materialni yupqa cho'zib va unga bosim berib, magnit xususiyatni "yoqish" mumkin. Bu — menga kelajak haqida ijobiy qarash beradigan g'alati, zo'r fan.

Kelajakdagi laptopingiz ehtimol shunday materiallarga tayanishi mumkin — ular faqat atiga bir necha atom qalinligida va biroz stress ostida ishlaydigan materiallar. Buning o'zi qanday ajoyib!