Forskere opdager en ny type magnet

Et team af forskere har opdaget det første robuste eksempel på en ny type magnet - en der lover at forbedre datalagringsteknologiernes ydeevne.

Denne "singlet-baserede" magnet adskiller sig fra konventionelle magneter, hvor små magnetiske bestanddele flugter med hinanden for at skabe et stærkt magnetfelt. Derimod, den nyligt afdækkede singlet-baserede magnet har felter, der popper ind og ud af eksistens, resulterer i en ustabil kraft - men også en, der potentielt har mere fleksibilitet end konventionelle kolleger.

"Der er meget forskning i disse dage om brug af magneter og magnetisme til at forbedre datalagringsteknologier, "forklarer Andrew Wray, en adjunkt i fysik ved New York University, der ledede forskergruppen. "Singlet-baserede magneter bør have en mere pludselig overgang mellem magnetiske og ikke-magnetiske faser. Du behøver ikke gøre så meget for at få materialet til at vende mellem ikke-magnetiske og stærkt magnetiske tilstande, hvilket kan være gavnligt for strømforbrug og skiftehastighed inde i en computer.

"Der er også en stor forskel på, hvordan denne form for magnetisme parrer med elektriske strømme. Elektroner, der kommer ind i materialet, interagerer meget stærkt med de ustabile magnetiske øjeblikke, frem for blot at passere igennem. Derfor, det er muligt, at disse egenskaber kan hjælpe med flaskehalse i ydeevnen og muliggøre bedre kontrol af magnetisk lagrede oplysninger. "

Arbejdet, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , omfattede også forskere fra Lawrence Berkeley National Laboratory, det nationale institut for standarder og teknologi, University of Maryland, Rutgers University, Brookhaven National Laboratory, Binghamton University, og Lawrence Livermore National Laboratory.

Ideen til denne type magnet stammer tilbage fra 1960'erne, baseret på en teori, der stod i skarp kontrast til, hvad der længe havde været kendt om konventionelle magneter.

En typisk magnet indeholder et væld af små "magnetiske øjeblikke", der er låst i overensstemmelse med andre magnetiske øjeblikke, alle handler i fællesskab for at skabe et magnetfelt. At udsætte denne samling for varme vil fjerne magnetismen; disse små øjeblikke vil forblive - men de peger i tilfældige retninger, ikke længere justeret.

En banebrydende tanke for 50 år siden, derimod, fremførte, at et materiale, der mangler magnetiske øjeblikke, stadig kan være en magnet. Det lyder umuligt, forskerne bemærker, men det virker på grund af et slags midlertidigt magnetisk øjeblik kaldet en "spin exciton, "som kan forekomme, når elektroner kolliderer med hinanden under de rigtige forhold.

"En enkelt spin -exciton har en tendens til at forsvinde i kort rækkefølge, men når du har mange af dem, teorien foreslog, at de kan stabilisere hinanden og katalysere udseendet af endnu flere spin -excitoner, i en slags kaskade, "Forklarer Wray.

I Naturkommunikation forskning, forskerne forsøgte at afdække dette fænomen. Flere kandidater var fundet tilbage til 1970'erne, men alle var svære at studere, med magnetisme kun stabil ved ekstremt lave temperaturer.

Ved hjælp af neutronspredning, Spredning af røntgenstråler, og teoretiske simuleringer forskerne etablerede en forbindelse mellem adfærden for en langt mere robust magnet, USb2, og de teoretiserede egenskaber ved singletbaserede magneter.

"Dette materiale havde været en ganske gåde i de sidste par årtier - de måder, hvorpå magnetisme og elektricitet taler til hinanden inde i det, var kendt for at være bizar og først begyndte at give mening med denne nye klassificering, "bemærker Lin Miao, en postdoktor i NYU og papirets første forfatter.

Specifikt, de fandt ud af, at USb2 rummer de kritiske ingredienser til denne type magnetisme - især en kvantemekanisk egenskab kaldet "Hundness", der styrer, hvordan elektroner genererer magnetiske øjeblikke. Hundness har for nylig vist sig at være en afgørende faktor for en række kvantemekaniske egenskaber, herunder superledning.