Tiesitkö? Magneettien maailmasta puuttui kokonainen laji

Se, mitä koulussa opetettiin, ei kerro koko totuutta

Koulun fysiikan tunneilta muistat varmaan, että magneetteja on kahta tyyppiä. Ferromagneetit ovat niitä tavallisia jääkaappimagneetteja, jotka tarttuvat metalliin. Niiden magneettiset momentit osoittavat kaikki samaan suuntaan ja luovat havaittavan kokonaismagneettisuuden.

Antiferromagneetit ovat hiljaisempia serkkuja. Niissä magneettiset momentit osoittavat vastakkaisiin suuntiin ja kumoavat toisensa. Et voi tartuttaa niitä toisella magneetilla, mutta niillä on kiinnostavia sähköisiä ominaisuuksia.

Fyysikot ajattelivat yli sadan vuoden ajan, että nämä kaksi vaihtoehtoa kattavat koko tarinan. Tapaus closed, kuten englanniksi sanotaan.

Altermagneettisuus: kolmas pelaaja

Paitsi että eivät kattaneet.

Kolme tutkijaa – professori Jairo Sinova Saksan Mainzin yliopistosta sekä tohtori Libor Šmejkal ja professori Tomas Jungwirth Tšekin tiedeakatemiasta – voittivat arvostetun Europhysics-palkinnon vuonna 2026. Syy? He osoittivat, että varjoihin oli piiloutunut kolmas kategoria.

Nimi on altermagneettisuus.

Ja tässä juttu menee mielenkiintoiseksi: altermagneetit käyttäytyvät tavallaan molemmilta tyypeiltä, mutta samalla myös kummaltakaan. Kuten antiferromagneeteilla, niillä ei ole havaittavaa kokonaismagneettisuutta – magneettiset momentit kumoavat toisensa. Mutta niiden elektroneilla on ominaisuuksia, jotka normaalisti liitetään ferromagneetteihin.

Se on kuin löytäisi uuden värin. Tai oikeammin: kuin huomaisi, että se mikä näytti pelkältä "punaiselta", sisältääkin sävyjä, joita et ole koskaan nähnyt.

Mitä tämä tarkoittaa käytännössä?

Tiedän mitä ajattelet: "Hienoa tiedettä, mutta mitä minä hyödyn siitä?"

Hyvä kysymys. Tässä kohtaa asia kiinnostaa.

Altermagneettiset materiaalit voivat tukea sähkövirtoja, joissa elektronien spin on voimakkaasti polarisoitunut. Samalla niillä on äärimmäisen nopeat magneettiset dynamiikat. Suomeksi? Tämä voi olla mullistavaa spintroniikalle – teknologialle, joka saattaa pyörittää seuraavan sukupolven tietokoneita ja elektroniikkaa.

Mahdollisia sovelluksia:

• Nopeammat ja tehokkaammat muistilaitteet
• Edistynyt elektroniikka, joka saa nykyteknologian näyttämään vanhanaikaiselta
• Kvanttilaskennan materiaalit

Ja tarina ei lopu tähän. Löydös paljasti odottamattomia yhteyksiä topologisiin ilmiöihin, suprajohtavuuteen ja kvanttimateriaaleihin, joissa elektronien käyttäytyminen on villiä. Tutkijoiden työ avasi fyysikoille kokonaisen uuden leikkikentän.

Piilossa olevien kaavioiden metsästys

Se, miten tutkijat päätyivät tähän löydökseen, on minusta erityisen kiehtovaa. Kaikki alkoi sähkön kulkeutumisen tutkimisesta magneettisissa materiaaleissa – tarkemmin sanottuna kiteisen anomalisen Hall-ilmiön kautta.

Aluksi nämä outoudet vaikuttivat yksittäisiltä erikoisuuksilta. Mutta Šmejkal, joka käytti kahdeksan vuotta tähän tutkimukseen, alkoi nähdä kaavan. Hän ymmärsi, etteivät nämä olleet satunnaisia poikkeuksia – ne kytkeytyivät syvempään periaatteeseen, joka liittyi elektronien spin-symmetrioihin.

Läpimurto tapahtui vuonna 2022, kun tutkimusryhmä julkaisi kattavan luokittelujärjestelmän altermagneettisuudelle ja tunnisti satoja materiaaleja, joissa tämä kolmas magnetismin muoto saattaisi esiintyä.

Kun muut kokeelliset ryhmät maailmalla alkoivat testata näitä ennusteita, todisteet alkoivat kasautua. Altermagneettisuus oli todellinen.

Oppimista riittää vielä

Se, mikä minua tässä tarinassa kiehtoo: fysiikka esitetään usein valmiina tieteenä, jossa kaikki tärkeä on jo löydetty. Mutta kun jotain näin perustavanlaatuista on ollut piilossa silmiemme edessä yli sadan vuoden ajan, se kertoo jotain tärkeää.

Ulkona on vielä valtavasti ymmärrettävää. Jopa "kypsimmät" tieteenalat voivat pitää sisällään perustavanlaatuisia yllätyksiä.

Ja rehellisesti? Se on tavallaan kaunista, eikö olekin?

Kun seuraavan kerran käytät magneettia tai lataat puhelintasi, muista: fysikaalisia ilmiöitä saattaa olla kokonaisia kategorioita, joita emme ole edes nimenneet. Ne odottavat vain uteliasta silmää, joka katsoo tarkemmin.

Lähde: ScienceDaily - Kolmannen magnetismin muodon löytäneet tutkijat voittivat merkittävän fysiikkapalkinnon