Cercetătorii de la Institutul de Electronică Cuantică din Zurich au deascoperit un nou tip de magnetism, generat de un material produs artificial. Descoperirea este considerată a fi una istorică, pentru că această invenție ar putea regândi modul în care folosim fierul și nichelul, două dintre elementele esențiale din industrie și tehnologie.
Pentru ca un magnet să se lipească de ușa unui frigider, mai multe efecte fizice trebuie să se alinieze perfect. Momentele magnetice ale electronilor săi se îndreaptă toate în aceeași direcție, un fenomen care apare chiar și fără un câmp magnetic extern.
Acest lucru se datorează interacțiunii de schimb, o interacțiune complexă a repulsiei electrostatice dintre electroni și a proprietăților mecanice cuantice ale spinilor electronilor, care generează momente magnetice. Acest mecanism explică de ce materiale precum fierul și nichelul sunt feromagnetice, ceea ce înseamnă că sunt permanent magnetice dacă nu sunt încălzite peste o anumită temperatură.
La ETH Zurich, o echipă de cercetători condusă de Ataç Imamoğlu, de la Institutul de Electronică Cuantică, și Eugene Demler, de la Institutul de Fizică Teoretică, a detectat acum un nou tip de feromagnetism într-un material produs artificial, în care alinierea momentelor magnetice are loc într-un mod complet diferit. Aceștia și-au publicat recent rezultatele în revista științifică Nature.
Levitatia a devenit posibila! O demonstratie stiintifica extraordinara (VIDEO)
O descoperire revoluționară
În laboratorul lui Imamoğlu, doctorandul Livio Ciorciaro, post-doctorandul Tomasz Smolenski și colegii săi au produs un material special punând straturi atomic subțiri de două materiale semiconductoare diferite (diselenură de molibden și disulfură de tungsten) unul peste celălalt.
În planul de contact, constantele de rețea diferite ale celor două materiale – separarea dintre atomii lor – duce la formarea unui potențial periodic bidimensional cu o constantă de rețea mare (de 30 de ori mai mare decât cele ale celor doi semiconductori), care poate fi umplut cu electroni prin aplicarea unei tensiuni electrice.
„Astfel de materiale moiré au atras un mare interes în ultimii ani, deoarece pot fi folosite pentru a investiga foarte bine efectele cuantice ale electronilor puternic interacționanți„, spune Imamoğlu. „Cu toate acestea, până acum se știau foarte puține lucruri despre proprietățile lor magnetice”.
Pentru a investiga aceste proprietăți magnetice, Imamoğlu și colaboratorii săi au măsurat dacă, pentru o anumită umplere cu electroni, materialul moiré era paramagnetic, cu momentele sale magnetice orientate aleatoriu, sau feromagnetic. Ei au luminat materialul cu lumină laser și au măsurat cât de puternic era reflectată lumina pentru diferite polarizări.
Polarizarea indică direcția în care oscilează câmpul electromagnetic al luminii laser, iar în funcție de orientarea momentelor magnetice – și, prin urmare, a spinilor electronilor – materialul va reflecta o polarizare mai puternic decât cealaltă. Din această diferență, se poate calcula dacă spinii se îndreaptă în aceeași direcție sau în direcții diferite, de unde se poate determina magnetizarea.
Prin creșterea constantă a tensiunii, fizicienii au umplut materialul cu electroni și au măsurat magnetizarea corespunzătoare. Până la o umplere de exact un electron pe fiecare situs al rețelei moiré (cunoscută și sub numele de izolator Mott), materialul a rămas paramagnetic. Pe măsură ce cercetătorii au continuat să adauge electroni în rețea, s-a întâmplat ceva neașteptat: materialul s-a comportat brusc foarte asemănător cu un feromagnet.
„Aceasta a fost o dovadă izbitoare pentru un nou tip de magnetism care nu poate fi explicat prin interacțiunea de schimb”, spune Imamoğlu. De fapt, dacă interacțiunea de schimb ar fi fost responsabilă pentru magnetism, acesta ar fi trebuit să apară și cu mai puțini electroni în rețea. Prin urmare, apariția bruscă a indicat spre un efect diferit.
Magnetismul cinetic
Eugene Demler, în colaborare cu post-doctorandul Ivan Morera, a avut în cele din urmă ideea crucială: ar putea fi vorba despre un mecanism pe care fizicianul japonez Yosuke Nagaoka îl prezisese teoretic încă din 1966. În acel mecanism, făcând ca spinii lor să fie orientați în aceeași direcție, electronii își minimizează energia cinetică (energia de mișcare), care este mult mai mare decât energia de schimb.
In experimentul realizat de cercetătorii de la ETH, acest lucru se întâmplă de îndată ce în interiorul materialului moiré există mai mult de un electron pe site de rețea. În consecință, perechile de electroni se pot asocia pentru a forma așa-numitele dubloni. Energia cinetică este minimizată atunci când dublonii se pot răspândi pe întreaga rețea prin tunelare mecanică cuantică.
Potrivit cercetătorilor, dacă testele vor fi încheiate cu succes, rezultatele acestei descoperiri ar putea schimba economia mondială. În condițiile în care rezervele de nichel și fier sunt limitate, acest fenomen va influența modul în care construim tehnologia, mai ales în domeniul motoarelor.
Nu este exclus ca acest gen de feromagnetism să ducă la dezvoltarea, în viitor, a mijloacelor de transport pe bază de levitație magnetică.
Levitatia, dovedită stiinţific. Un experiment demn de filmele SF
Cu o experiență de 15 ani în domeniul jurnalismului IT&C, Cristi Popa este un expert în a traduce complexitatea tehnologică în termeni simpli și ușor de înțeles pentru publicul larg. Pasionat de inovație și tehnologie, el urmărește îndeaproape evoluțiile din industrie și le aduce la cunoștința cititorilor într-un mod captivant și informativ.
Cristi Popa a lucrat pentru publicații de top, atât online, cât și offline, unde a acoperit o gamă largă de subiecte, de la lansări de produse noi și tendințe tehnologice emergente, până la probleme de securitate cibernetică și impactul tehnologiei asupra societății. El a intervievat lideri din industrie, experți și utilizatori obișnuiți, oferind cititorilor perspective unice și valoroase asupra lumii tehnologiei.
Pe lângă activitatea sa jurnalistică la GadgetReport.ro, Cristi este un vorbitor public căutat și un moderator la evenimente din domeniu.
Cristi Popa este un jurnalist dedicat și un profesionist cu o etică puternică. El este cunoscut pentru capacitatea sa de a se adapta rapid la noile tehnologii și pentru a oferi informații corecte și la timp.
Pe lângă activitatea sa profesională, Cristi este un pasionat de tehnologie și un utilizator avid de gadgeturi. El este mereu în căutarea de noi tehnologii și gadgeturi care să-i facă viața mai ușoară și mai interesantă.