Fizikçiler Manyetizmanın Üçüncü Bir Formunun Varlığını Doğruladı

Nottingham Üniversitesi'nden araştırmacıların liderliğindeki bir ekip, elektronları kör edici hızlara çıkaran bir cihaz kullanarak, daha önce görülmemiş bir şekilde manyetik aktiviteyi yansıtan nanometre ölçeğindeki değişiklikleri ortaya çıkarmak için ultra ince bir manganez tellür yongasını farklı polarizasyonlara sahip X-ışınları ile yıkadı.

Oldukça sıradan bir demir yığınının biraz daha manyetik bir şeye dönüşmesi için, onu oluşturan parçacıkların, ortaklanmamış elektronları spin olarak bilinen bir özelliğe göre hizalanacak şekilde düzenlenmesi gerekir.

Bir topun dönüşü gibi, parçacıkların bu kuantum özelliği de açısal bir itme gücüne sahiptir. Fiziksel bir nesnenin dönüşünden farklı olarak, bu itme yalnızca geleneksel olarak yukarı ve aşağı olarak tanımlanan iki yönden birinde gerçekleşir.

Manyetik olmayan malzemelerde, bunlar birbirini iptal eden bir yukarı ve bir aşağı çifti olarak gelir. Demir, nikel ve kobalt gibi malzemelerde durum böyle değildir. Bunlarda yalnız elektronlar oldukça sıra dışı bir şekilde güçlerini birleştirebilir.

İzole spinleri düzenlemek, ataçları almak veya çocukların çizimlerini buzdolabı kapılarına yapıştırmak için kullanabileceğimiz abartılı bir kuzey-güney kuvvetiyle sonuçlanabilir.

Aynı mantıkla, ortaklanmamış elektronları spin temelli yönelimlerini tamamen iptal edecek şekilde kendilerini düzenlemeye teşvik etmek yine de bir tür manyetizma olarak kabul edilebilir- sadece uzaktan tamamen etkisiz görünen oldukça sıkıcı bir manyetizma.

Antiferromanyetizma olarak bilinen bu olgu, bir asırdan daha uzun bir süredir teorize edilen ve üzerinde çalışılan bir olgudur.

Daha yakın zamanda, ferromanyetik malzemelerdeki parçacıkların üçüncü bir konfigürasyonu teorize edildi.

Alter manyetizma olarak adlandırılan bu durumda, parçacıklar antiferromanyetizma gibi iptal edici bir şekilde düzenlenir, ancak nano ölçekte sınırlı kuvvetlere izin verecek kadar döndürülür - dondurucunuza bir alışveriş listesi sabitlemek için yeterli değildir, ancak mühendislerin veri depolamak veya enerji kanalize etmek için manipüle etmeye istekli oldukları ayrı özelliklere sahiptir.

Nottingham Üniversitesi'nden fizikçi Peter Wadley, “Alter mıknatıslar, komşularına ters paralel işaret eden manyetik momentlerden oluşur,” diye açıklıyor.

“Bununla birlikte, bu küçük momentleri barındıran kristalin her bir parçası komşularına göre döndürülür. Bu tıpkı antiferromanyetizma gibi bir şey! Ancak bu ince farkın çok büyük sonuçları var.”

O zamandan beri yapılan deneyler bu arada kalan 'alter' manyetizmanın varlığını doğruladı. Ancak hiçbiri, küçük manyetik girdaplarını yararlı olabilecek şekillerde manipüle etmenin mümkün olduğunu doğrudan göstermemişti.

Wadley ve meslektaşları, sadece birkaç nanometre kalınlığındaki bir manganez tellür tabakasının, gofret yüzeyinde kasıtlı olarak farklı manyetik girdaplar yaratacak şekilde çarpıtılabileceğini gösterdi.

Malzemeyi görüntülemek için İsveç'teki MAX IV Laboratuvarı'ndaki X-ışını üreten senkrotronu kullanan araştırmacılar, sadece alter manyetizmayı net bir şekilde görselleştirmekle kalmadılar, aynı zamanda bunun nasıl manipüle edilebileceğini de gösterdiler.

Araştırmayı doktora öğrencisi Alfred Dal Din ile birlikte yürüten Nottingham Üniversitesi fizikçisi Oliver Amin, “Deneysel çalışmamız teorik kavramlar ile gerçek hayattaki uygulamalar arasında bir köprü oluşturdu ve umarım pratik uygulamalar için alter manyetik malzemelerin geliştirilmesine giden yolu aydınlatır” diyor.

Bu pratik uygulamaların hepsi şimdilik teorik, ancak bir tür spin tabanlı bellek sistemi olarak elektronik ve bilgi işlem alanlarında büyük bir potansiyele sahip veya akımların yüksek sıcaklıktaki süper iletkenlerde nasıl hareket edebileceğini öğrenmede bir basamak görevi görüyor.

Dal Din, “Doktoram sırasında bu umut verici yeni manyetik malzeme sınıfının etkisini ve özelliklerini ilk görenlerden biri olmak son derece ödüllendirici ve zorlu bir ayrıcalık oldu” diyor.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.