Ny hvirvlende tilstand af stof opdaget i et element i det periodiske system

De stærkeste permanente magneter i dag indeholder en blanding af grundstofferne neodym og jern. Imidlertid, neodym i sig selv opfører sig ikke som enhver kendt magnet, forvirrende forskere i mere end et halvt århundrede. Fysikere ved Radboud Universitet og Uppsala Universitet har vist, at neodym opfører sig som et selvfremkaldt spindglas, hvilket betyder, at det består af et kruset hav af mange små hvirvlende magneter, der cirkulerer med forskellige hastigheder og konstant udvikler sig over tid. At forstå denne nye type magnetisk adfærd forfiner vores forståelse af elementer på det periodiske system, og i sidste ende kunne bane vejen for nye materialer til kunstig intelligens. Resultaterne offentliggøres den 29. maj, i Videnskab .

"I en krukke honning, du tror måske, at de engang klare områder, der blev mælkegule, er gået dårligt. Men hellere, dåsen med honning begynder at krystallisere. Sådan kunne du opfatte 'ging -processen' i neodym, "siger Alexander Khajetoorians, professor i scanning sonde mikroskopi. Med professor Mikhail Katsnelson og adjunkt Daniel Wegner, han fandt ud af, at materialet neodym opfører sig på en kompleks magnetisk måde, der aldrig før er observeret i et element på det periodiske system.

Hvirvlende magneter og glas

Magneter er defineret af en nord- og sydpol. Dissekering af en almindelig køleskabsmagnet afslører mange atommagneter, såkaldte spins, der er på linje i samme retning og definerer nord- og sydpolen. Helt anderledes, nogle legeringsmaterialer findes som et spindglas, hvor tilfældigt fordelt spins peger i alle slags retninger. Spinnebriller får deres navn fra de amorfe, udviklingen af ​​atomernes struktur i et stykke glas. På denne måde, spin -briller forbinder magnetisk adfærd med fænomener i blødere stof, som væsker og geler.

Spinglas har været kendt for at forekomme i legeringer, som er kombinationer af metaller med et eller flere andre grundstoffer og med en amorf struktur, men aldrig i rene elementer i det periodiske system. Overraskende, Radboud-forskere fandt ud af, at atomspinnene i et perfekt ordnet stykke af det sjældne-jordiske element neodym danner mønstre, der hvirvler som en spiral, men konstant ændrer det nøjagtige mønster af spiralen. Dette er manifestationen af ​​en ny tilstand af stof kaldet et selvinduceret spindglas.

At se den magnetiske struktur

"I Nijmegen, vi er specialister i scanning af tunnelmikroskopi (STM). Det giver os mulighed for at se strukturen af ​​individuelle atomer, og vi kan løse atomernes nord- og sydpol, "Wegner forklarer." Med dette fremskridt inden for billedbehandling med høj præcision, vi var i stand til at opdage adfærden i neodym, fordi vi kunne løse de utroligt små ændringer i den magnetiske struktur. Det er ikke let at gøre. "

Et materiale, der opfører sig som neuroner

Dette fund åbner muligheden for, at denne komplekse og glasagtige magnetiske adfærd også kan observeres i nye materialer, herunder andre elementer i det periodiske system. Khajetoorians siger, "Det vil forfine lærebogskendskab til stofets grundlæggende egenskaber. Men det vil også give et bevis for at udvikle nye teorier, hvor vi kan knytte fysik til andre felter, for eksempel, teoretisk neurovidenskab. Den komplekse udvikling af neodym kan være en platform til at efterligne grundlæggende adfærd, der bruges i kunstig intelligens. Alle de komplekse mønstre, der kan lagres i dette materiale, kan kobles til billedgenkendelse. "

Med udviklingen af ​​AI og dets store energifodaftryk, der er en stigende efterspørgsel efter at skabe materialer, der kan udføre hjernelignende opgaver direkte i hardware. "Du kunne aldrig bygge en hjerneinspireret computer med simple magneter, men materialer med denne komplekse adfærd kan være egnede kandidater, "Siger Khajetoorians.