Magnitlar Haqida Bilmagan Narsalaringiz

Keling, sizni hayratda qoldiradigan bir fakt bilan boshlayman: aksariyat odamlar magnit deyanda buzdagilarini yoki yengil kiyim ushlagichlarni tasavvur qilishadi. Lekin magnetizm — bu fizikaning eng qiziqarli va murakkab sohalaridan biri ekanini bilasizmi?

Tarix davomida olimlar faqat ikki xil magnitni farqlashgan. Birinchisi — ferromagnitlar. Ularning magnit maydoni elektron spinlari bir xil yo'nalishda joylashganligi tufayli yuzaga keladi. Xo'sh, bu nima degani? Oddiy qilib aytganda, barcha kichik magnit zarrachalar birgalikda ishlaydi va natijada kuchli, ko'rinadigan magnit kuch paydo bo'ladi. Shu sababli ferromagnitlarni osongina boshqarish va kuzatish mumkin.

Ikkinchi tur — antiferromagnitlar. Bular juda g'alati: ularning ichida elektron spinlari qarama-qarshi yo'nalishda joylashgan. Ya'ni, bitta zarracha shimolga, yonidagi esa janubga qaratilgan. Natija esa ajoyib — ular bir-birini bekor qiladi va tashqaridan qaraganda, bu material butunlay magnitsiz ko'rinadi. Siz uni muzlatgichga yopishtira olmaysiz, chunki u oddiy temirdan farq qilmaydi. Lekin ichkarida — bu kichik ichki urush, hamma narsa muvozanatda.

Har ikki tur o'ziga xos afzalliklarga ega. Ferromagnitlar boshqarish uchun qulay, lekin sekin va ko'p energiya sarflaydi. Antiferromagnitlar esa juda tez almashadi — bu kompyuterlar uchun zo'r, lekin ularning magnit xususiyatlarini o'lchash juda qiyin, chunki ular tashqaridan deyarli sezilmaydi.

Savol tug'iladi: agar ikkalasining yaxshi tomonlarini birlashtirgan uchinchi tur mavjud bo'lsa-chi?

Altermagnet — Uchinchi Tur

Mana bu yerda voqealar rivojlanadi.

2019-yilda Maynsdagi Iogann Georges Gutenberg universiteti fiziklari ruteniy dioksid nomli materialni o'rganishayotganda g'alati narsa sodir bo'ldi. Hisob-kitoblarga ko'ra, bu material antiferromagnet kabi harakat qilishi kerak edi — umumiy magnitlanish yo'q, spinlar bir-birini bekor qiladi. Lekin ular elektr toki bilan ta'sir qilishganda, material birdden ferromagnet kabi harakatlana boshladi.

Bu bekor bo'lib bo'lmaydigan xulq-atvor hech qanday mavjud kategoriyaga mos kelmadi. Va olimlar nima qildi? To'g'ri — yangi kategoriya yaratdilar.

Ular buni altermagnetizm deb atashdi.

Bu yerda aynan nimasi ajablanarli: altermagnetlar antiferromagnetlarning "yashirin" xususiyatiga ega — ularning umumiy magnit ta'siri yo'qoladi. Lekin atomlarning ichidagi joylashuvi elektronlarni ferromagnetdagidek harakat qilishga majbur qiladi. Ikkala dunyoning eng yaxshisiga ega bo'lish kabi — va amaliy qo'llanilishi haqiqatan ham qiziqarli.

Bu materiallar axborot uzatish usullarini inqilob qilishi mumkin, deydi Bufallo universiteti fizigi Jamir Marino, altermagnetlarni o'rganuvchi mutaxassis. Ular antiferromagnetlarning tezkor almashish tezligini taqdim etishi va ferromagnetlardan olingan boshqariladigan elektron xususiyatlarini saqlab qolishi mumkin.

Tezkor kompyuterlar, samaraliroq ma'lumot saqlash, hatto yangi turdagi datchiklar. Bu yaxshi emasmi?

Muammo: Topish Qiyin

Lekin bir muammo bor: materialning altermagnet ekanligini tasdiqlash juda murakkab.

Nazariy tadqiqotlar 200 dan ortiq material altermagnet sifatida ishlashi mumkinligini ko'rsatadi — bu ma'lum ferromagnetik material sonidan ikki barobar ko'p. Bu fiziklar uchun katta o'yin maydoni. Ammo hozirda nomzod materiallarni aniqlash qimmat va murakkab tajribalarni talab qiladi, ular ba'zan o'rganilayotgan materialni buzishi yoki hatto shikastlantirishi mumkin.

Bu hasharotni olovli tarmoq bilan tutishga o'xshaydi — biror narsa o'rganasiz, lekin yaxshi yo'l emas.

Olmos Ichidagi Kamchilik

Va mana bu yerda hikoya ayniqsa qiziqarli bo'lib qoladi.

Marino va uning jamoasi yangi aniqlash usulini taklif qilishgan — va ha, bu olmos ichidagi kichik nuqson.

Ba'zi olmoslarda mikroskopik nuqsonlar mavjud — azot atomi etishmayotgan uglerod atomining yonida joylashgan. Bu kichik kamchiliklar muammo kabi ko'rinishi mumkin, lekin ular aslida juda foydali: ular yaqin atrofdagi magnit faollikka ekstremal darajada sezgir.

Taklif qilingan tajriba shunday ishlaydi: shubhali altermagnetni shu nuqsonlardan biri bor olmosga yaqinlashtirasiz. So'ng nuqsonning magnit spinini turli yo'nalishlarda aylantirasiz va u normal holatiga qaytish tezligini o'lchaysiz.

Agar relaxatsiya ma'lum yo'nalishlarda boshqalardan tezroq bo'lsa, bu asimmetriya altermagnetlarni o'ziga xos qiladigan murakkab spin tartiblarini ochib beradi.

"Ushbu texnikaning ajoyib tomoni shundaki, u an'anaviy usullarga nisbatan kamroq buzuvchi," deydi Marino. "Siz o'rganayotgan materialga kuchli ta'sir ko'rsatmasligingiz kerak."

Nima Uchun Bu Muhim?

Yaxshi, men sizning o'ylayotganingizni bilaman: "Qiziqarli, lekin bu menga nima beradi?"

Mana nima uchun bu muhim: biz joriy elektronikaning imkoniyatlariga yaqinlashmoqdamiz. Kompyuterlar tezroq bo'layapti, albatta, lekin ko'proq energiya sarflayapti va ko'proq issiqlik hosil qilayapti. Agar keyingi avlod ultra-samarali qurilmalarni — kvant kompyuterlarini, ilg'or sun'iy intellekt apparatlarini, miyaga o'xshash hisoblash tizimlarini — xohlasak, bizga bugungi kunda mavjud bo'lganidan tezroq va kamroq quvvat sarflaydigan materiallar kerak bo'lishi mumkin.

Altermagnetlar ushbu yechimning bir qismi bo'lishi mumkin.

Va olmosga asoslangan sezish texnikasi? Bu bizga ularni tezroq topishga yordam beradigan asbob. Bu olimlarga xazina bilan to'la sohilda yaxshiroq metalldetektor berishga o'xshaydi — faqat xazina bu — ertangi kunda gadgetlarni quvvatlovchi materiallar.

"Altermagnetlar axborot uzatish usullarini butunlay inqilob qilishi mumkin," dedi Marino menga. "Bu nafis nazariya to'g'ri ekanligini tasdiqlash uchun bizga altermagnetlarni aniqlaydigan va ularning olimlar bashorat qilgandek harakat qilishini tasdiqlaydigan tajribalar kerak."

Tadqiqot hali dastlabki bosqichda, lekin bu qaerga borishi mumkinligidan haqiqatan ham hayajonlanaman. Ba'zan eng o'zgartiruvchi texnologiyalar biz deyarli qo'ldan boy bergan kashfiyotlardan kelib chiqadi — mavjud qutilarga sig'maydigan xulq-atvor, yaqinidan tekshirmagan materiallar, aslida mukammal sezgichlar ekanligi ma'lum bo'lgan kichik olmos kamchiliklar.

Keyingi buyuk magnit ko'z oldida yashiringan bo'lishi mumkin — olmos va yangi g'oya bilan bir olimni kutib yotibdi.