Nano magnetai imituoja garą, vandenį ir ledą

Nuo temperatūros priklausomi fazių perėjimai magnetinėje metamaterijoje

Nanomagnetai išsidėsto skirtingai skirtingose ​​būsenose, skirtingose ​​temperatūrose, lygiai taip, kaip molekulės yra labiau išdėstytos lede nei vandenyje ir, savo ruožtu, labiau tvarkingos nei garuose. © PSI / Luca Anghinolfi
skaityti garsiai

Nauja vieno milijardo nanomagnetų metamaterija elgiasi kaip vanduo: lygiai taip pat, kaip vandens garai kondensuojasi ir galiausiai užšąla iki ledo kristalų, tokia pati yra ir magnetų tvarka medžiagoje. Šveicarijos mokslininkai šį efektą pasiekė specialiu nanomagnetų išdėstymu: jie yra „geometriškai nusivylę“, aiškina tyrėjai žurnale „Nature Communications“. Naudojant šią medžiagą įsivaizduojamos naujos informacijos perdavimo galimybės elektronikoje ir spintronikoje.

Metamedžiagos dažnai sukuria nuostabius efektus: pavyzdžiui, šviesa galima manipuliuoti taip, kad objektai taptų nematomi. Netgi magnetinius laukus galima perduoti kaip sliekų skylę. Mokslininkai iš Laura Heydermann iš Paulo Scherrerio instituto Villigene Šveicarijoje dabar pastebėjo dar vieną neįprastą poveikį: jų gaminamos metamaterijos magnetinės savybės kinta priklausomai nuo temperatūros.

Atsibodę magnetai atstumia

Heydermannas ir kolegos savo visiškai naujai medžiagai panaudojo milijardą mažyčių magnetų. Jie atrodo kaip ryžių grūdai, tačiau yra tik 63 nanometrų ilgio. Tyrėjai šiuos nanomagnetus išdėstė šešiakampiu korio modeliu. Pagaminta medžiaga užima tik penkis penkis milimetrus ploto.

Ypatinga šešiakampio išdėstymo ypatybė: atskiri magnetai yra „geometriškai nusivylę“. Tai reiškia, kad nesvarbu, kaip jie sulygiuoja, nėra pačios skurdžiausios energijos konfigūracijos, kurioje visi nanomagnetai su šiaurės ir pietų poliais tilptų kartu. Kai kur visada išeina du poliai.

Aušinimas atneša tvarką

Tai lemia nepaprastą magnetinį elgesį: kambario temperatūroje magnetai demonstruoja laukinius sutrikimus, šiauriniai ir pietiniai magnetiniai poliai yra visiškai savavališkai suderinti. Tačiau kai medžiaga atvėsta, staiga atsiranda tam tikra tvarka, žemesnėje nei tam tikroje temperatūroje: mažyčiai magnetai daugiau dėmesio skiria vienas kitam nei anksčiau ir daro įtaką vienas kitam. displėjus

Dar labiau atvėsęs, užsakymas galiausiai padidėja dar vienu žingsniu ir atrodo beveik sušalęs. Pasikeitus tvarkai, pasikeiskite ir medžiagos magnetinės savybės. „Mes buvome nustebinti ir entuziastingi“, - aiškina tyrimo vadovas Heydermanas. "Tik sudėtingos sistemos gali turėti fazinius perėjimus."

Fazių perėjimai kaip ir vandenyje

Toks metamedžiagos elgesys labai primena vandens garus, kai jie kondensuojasi: Pačiame gare vandens molekulės juda beveik be tvarkos. Tačiau, jei jie kondensuojasi su skystu vandeniu, jie sąveikauja vienas su kitu ir netgi sudaro trumpalaikes struktūras. Kai vanduo pagaliau užšąla iki ledo, susidaro labai tvarkingas kristalas. „Tai, kad mūsų dirbtinė medžiaga taip pat rodo šį kasdienį fazės perėjimo reiškinį, mus sužavėjo“, - sako Heydermanas.

Didelis dirbtinės metamaterijos pranašumas yra tai, kad ją galima pritaikyti beveik taip, kaip jums patinka. Nors atskirų natūralių medžiagų atomų negalima tiksliai pertvarkyti tokiu dideliu stiliumi, tyrinėtojų teigimu, būtent tai gali padaryti nano magnetai.

Pagal poreikį pritaikyti perėjimai

Be to, keičiant nanomagnetų dydį, formą ir išdėstymą, galima daryti specifinę įtaką magnetinių fazių perėjimams. Tai įgalina naujas materijos būsenas ir naujas taikymo galimybes: „Esant pritaikytam fazių perėjimui, metamaterijos ateityje galėtų būti pritaikytos specialiai skirtingiems poreikiams. “- sako Heydermanas.

Pavyzdžiui, tokios medžiagos gali būti naudingos perduodant informaciją ar saugant duomenis ar net daviklius, aptinkančius magnetinius laukus. Apskritai, jie galėtų būti naudojami spintronikoje, ty į ateitį orientuotame elektronikos kūrime, skirtoje naujoms kompiuterinėms technologijoms. („Nature Communications“, 2015 m.; Doi: 10.1038 / ncomms9278)

(Paulo Scherrerio institutas (PSI), 2015 09 22 - AKR)