Lasere får magneter til at opføre sig som væsker

Årevis, forskere har forfulgt et mærkeligt fænomen:Når du rammer en ultratynd magnet med en laser, det magnetiserer pludselig. Forestil dig, at magneten på dit køleskab falder af.

Nu, forskere ved CU Boulder graver i, hvordan magneter genopretter sig fra den ændring, genvinde deres egenskaber på en brøkdel af et sekund.

Ifølge en undersøgelse offentliggjort i denne uge i Naturkommunikation , zappede magneter opfører sig faktisk som væsker. Deres magnetiske egenskaber begynder at danne "dråber, "ligner det, der sker, når du ryster en krukke olie og vand op.

For at finde ud af det, CU Boulders Ezio Iacocca, Mark Hoefer og deres kolleger trak på matematisk modellering, numeriske simuleringer og eksperimenter udført på Stanford Universitys SLAC National Accelerator Laboratory.

"Forskere har arbejdet hårdt på at forstå, hvad der sker, når man sprænger en magnet, "sagde Iacocca, hovedforfatter af det nye studie og en forskningsassistent i Institut for Anvendt Matematik. "Det, vi var interesseret i, er, hvad der sker, efter du har sprængt det. Hvordan gendannes det?"

I særdeleshed, gruppen nulstillede på en kort, men kritisk tid i en magnets liv - de første 20 billioner sekunder af et sekund efter en magnetisk, metallisk legering bliver ramt af en kort, laser med høj energi.

Iacocca forklarede, at magneter er, efter deres natur, temmelig organiseret. Deres atomiske byggesten har orienteringer, eller "spins, "der har en tendens til at pege i samme retning, enten op eller ned - tænk på Jordens magnetfelt, som altid peger mod nord.

Undtagen, det er, når du sprænger dem med en laser. Slå en magnet med en kort nok laserpuls, Iacocca sagde, og uorden vil følge. Spins i en magnet vil ikke længere bare pege op eller ned, men i alle forskellige retninger, annullering af metalets magnetiske egenskaber.

"Forskere har taget fat på, hvad der sker 3 picosekunder efter en laserpuls og derefter, når magneten er tilbage i ligevægt efter et mikrosekund, "sagde Iacocca, også gæsteforsker ved U.S.National Institute of Standards and Technology (NIST). "Ind i mellem, der er meget ukendt. "

Det er det manglende tidsvindue, Iacocca og hans kolleger ønskede at udfylde. For at gøre det, forskergruppen kørte en række eksperimenter i Californien, sprængning af små stykker gadolinium-jern-koboltlegeringer med lasere. Derefter, de sammenlignede resultaterne med matematiske forudsigelser og computersimuleringer.

Og, gruppen opdagede, tingene blev flydende. Hoefer, lektor i anvendt matematik, er hurtig til at påpege, at selve metallerne ikke blev til væske. Men spinnene inden for disse magneter opførte sig som væsker, bevæger sig rundt og ændrer deres orientering som bølger, der styrter i et hav.

"Vi brugte de matematiske ligninger, der modellerer disse spins, til at vise, at de opførte sig som en supervæske på de korte tidsskalaer, "sagde Hoefer, medforfatter til det nye studie.

Vent lidt, og de svingende spins begynder at slå sig ned, han tilføjede, danner små klynger med samme orientering - i det væsentlige "dråber", hvor spinnene alle pegede op eller ned. Vent lidt længere, og forskerne beregnede, at disse dråber ville vokse sig større og større, derfor sammenligningen med olie og vand, der skilles ud i en krukke.

"På visse steder, magneten begynder at pege op eller ned igen, "Sagde Hoefer." Det er som et frø til disse større grupper. "

Hoefer tilføjede, at en zappet magnet ikke altid går tilbage til den måde, den var engang. I nogle tilfælde, en magnet kan vende efter en laserpuls, skifte fra op til ned.

Ingeniører drager allerede fordel af denne flip -adfærd til at gemme oplysninger på en computers harddisk i form af bits af en og nuller. Iacocca sagde, at hvis forskere kan finde ud af, hvordan de kan vende det mere effektivt, de kan muligvis bygge hurtigere computere.

"Derfor vil vi forstå præcis, hvordan denne proces sker, "Sagde Iacocca, "så vi kan måske finde et materiale, der flipper hurtigere."