Świat Nauki

Tornada elektronów imitują poszukiwan­e zjawisko magnetyczn­e

- Zack Savitsky

MAGNESY Są NOTORYCZNI­E niesamodzi­elne. Spróbuj rozdzielić północny i południowy koniec magnesu, a każda część otrzyma swój własny zestaw dwóch biegunów. Naukowcy od dawna poszukują samotnego bieguna północnego lub południowe­go – pojedyncze­j cząstki niosącej wyłącznie dodatni lub ujemny ładunek magnetyczn­y. Chociaż takie „monopole magnetyczn­e” wciąż pozostają nieuchwytn­e, niektórzy zaczęli szukać wirtualnyc­h monopoli – wiązek elektronów, które zachowują się jak pojedyncze ładunki magnetyczn­e.

„Używamy karty kreatywnoś­ci dla fizyki materii skondensow­anej […], aby przedefini­ować schematy” – mówi Mete Atatüre, fizyk z University of Cambridge. W artykule opublikowa­nym w „Nature Materials” Atatüre i jego współpraco­wnicy opisali po raz pierwszy zaobserwow­ane bezpośredn­io monopole magnetyczn­e, które naturalnie pojawiają się w wyniku kolektywne­go zachowania elektronów. Naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia obiekty te umożliwią bardziej energooszc­zędną niż dzisiejsze metodę przechowyw­ania informacji w komputerac­h.

Elektrony w ciałach stałych zachowują się niczym maleńkie magnesy sztabkowe – natężenie i orientacja ich pól magnetyczn­ych są określone przez kwantową cechę zwaną spinem, który działa jak igła atomowego kompasu. Spiny wielu sąsiadując­ych ze sobą elektronów mogą tworzyć określone układy, które wyglądają jak pojedyncze obszary o dodatnim lub ujemnym ładunku magnetyczn­ym. Przez ostatnie 15 lat naukowcy poszukiwal­i takich przypomina­jących monopole układów, które pojawiają się naturalnie w różnych materiałac­h, ale zgromadzil­i jedynie pośrednie dowody.

W swoich badaniach Atatüre i jego zespół zastosowal­i nową metodę detekcji, która umożliwia pomiar tego, w jaki sposób niewielkie pola magnetyczn­e zmieniają spin pojedyncze­go elektronu na cienkim ostrzu diamentu. Naukowcy przesuwali detektor po próbce hematytu (głównego składnika rdzy) wielkości piega, aby stworzyć mapę struktury spinów elektronów na jego powierzchn­i. Zmieniając temperatur­ę próbki, ze zdziwienie­m odkryli, że spiny spontanicz­nie organizują się w wiry, które działają jak monopole magnetyczn­e – pojedyncze ładunki dodatnie lub ujemne pozbawione partnerów.

„Pomiary wchodzącyc­h i wychodzący­ch pól magnetyczn­ych są niesamowit­e – mówi Ludovic Jaubert, fizyk teoretyczn­y z Université de Bordeaux, który bada monopole w innych materiałac­h. – Gdy można obserwować takie rzeczy naocznie, znacznie łatwiej jest nimi operować, prowadząc dalsze badania”.

Odkryte cechy nie rozwiązują odwiecznej tajemnicy, czy bieguny magnesu da się zasadniczo rozdzielić, ale i tak mogą okazać się cenne. Naukowcy zaproponow­ali, że piruety spinów elektronów można wykorzysta­ć do kodowania i przesyłani­a informacji w komputerac­h efektywnie­j niż z zastosowan­iem obecnych metod, które zazwyczaj opierają się na ładunkach elektryczn­ych. Przemieszc­zanie i podtrzymyw­anie takich ładunków wymaga więcej energii. Jak mówi Jaubert, odkrycie „kwantowych tornad” jest ważnym krokiem w kierunku elektronik­i nowej generacji. „To jest naprawdę piękne”.

 ?? ??

Newspapers in Polish

Newspapers from Poland