Novi kvantni magnet oslobađa potencijal elektronike
Neki od naših najvažnijih svakodnevnih predmeta, kao što su računari, medicinska oprema, stereo uređaji, generatori i još mnogo toga, rade zbog magneta.
Šta bi sve bilo moguće kada bi magneti postali svestraniji
Znamo šta se dešava kada računari postanu moćniji, ali šta bi bilo moguće kada bi magneti postali svestraniji? Šta ako se može promeniti fizičko svojstvo koje definiše njihovu upotrebljivost? Koju bi inovaciju to moglo da katalizuje? Naučnici Hang Chi, Junbo Ou, Jagadih Mudera i njihovi koautori istražuju MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) u novom dokumentu Nature Communications otvorenog pristupa, „Strain-podesiva Berry zakrivljenost u kvazi-dvodimenzionalni hrom telurid.”
Razumevanje veličine otkrića autora zahteva kratko putovanje u prošlost: 1879. godine, 23-godišnji student po imenu Edvin Hol otkrio je da kada je postavio magnet pod pravim uglom na metalnu traku koja je imala struju kroz njega bi jedna strana trake imala veći naboj od druge. Magnetno polje je odbijalo elektrone struje ka ivici metala, fenomen koji će u njegovu čast nazvati Holov efekat. U Holovo vreme, klasični sistem fizike je bio jedina vrsta, a sile poput gravitacije i magnetizma delovale su na materiju na predvidljive i nepromenljive načine: baš kao što bi ispuštanje jabuke dovelo do njenog pada, stvarajući „T“ sa trakom naelektrisanja. metal i magnet su rezultirali Holovim efektom. Osim što nije, zaista; sada znamo da kvantna mehanika takođe igra ulogu.
Zamislite klasičnu fiziku kao kartu Arizone, a kvantnu mehaniku kao putovanje automobilom kroz pustinju. Mapa pruža makro prikaz i generalizovane informacije o tom području, ali ne može pripremiti vozača za sve slučajne događaje na koje se može sresti, poput armadila koji trči preko puta. Kvantni prostori, poput putovanja na kojem je vozač, vođeni su drugačijim skupom lokalnih saobraćajnih pravila. Dakle, dok se Holov efekat indukuje primenjenim magnetnim poljem u klasičnom sistemu, u kvantnom slučaju se Holov efekat može javiti čak i bez spoljašnjeg polja, u kom trenutku on postaje anomalni Holov efekat.
Kada se krstari u kvantnom carstvu, čovek je opremljen znanjem o takozvanoj „Berijevoj fazi“, nazvanoj po britanskom fizičaru Majklu Beriju. Služi kao GPS loger za automobil: kao da je vozač snimio celo putovanje od početka do kraja, a analizom GPS istorije može se bolje zacrtati usponi i padovi, ili „zakrivljenost“ prostora. Ova „Berijeva zakrivljenost“ kvantnog pejzaža može prirodno pomeriti elektrone na jednu stranu, izazivajući Holov efekat bez magnetnog polja, baš kao što brda i doline diktiraju putanju automobila. Iako su mnogi primetili anomalni Holov efekat u magnetnim materijalima, niko nije bio u stanju da njime manipuliše stiskanjem i/ili istezanjem — sve dok autori rada nisu razvili metod za demonstraciju promene u anomalnom Holovom efektu i Beri zakrivljenosti u neobičnom magnetu. Prvo su uzeli pola milimetra debele baze napravljene ili od aluminijum oksida ili stroncijum titanata, od kojih su oba kristala, i izgradili neverovatno tanak sloj hrom telurida, magnetnog jedinjenja, na vrhu baza. Sami po sebi, ovi materijali ne bi učinili mnogo; međutim, kada se kombinuju, magnetizam filma i interfejs koji je stvorio sa bazama na kojima je uzgajan doveli su do rastezanja ili stiskanja slojeva. Da bi produbili svoje razumevanje kako ovi materijali funkcionišu zajedno, istraživači su se udružili sa Oak Ridge National Laboratory (ORNL)’s Spallation Neutron Source kako bi izveli eksperimente rasejanja neutrona — u suštini razbacujući materijal snimcima čestica i proučavajući šta se odbija — kako bi naučili više o hemijskim i magnetnim svojstvima filma. Neutroni su bili idealno sredstvo za proučavanje jer su magnetni, ali nemaju električni naboj. Neutronski eksperimenti su omogućili istraživačima da izgrade profil koji je otkrio kako su se hemijski elementi i magnetno ponašanje menjali na različitim nivoima dok su dublje istraživali materijal. Istraživači su bili svedoci anomalnog Holovog efekta i Beri zakrivljenosti koji reaguju na stepen stiskanja ili istezanja koji se javlja na podlozi nakon nanošenja filma, što je kasnije verifikovano modeliranjem i simulacijama podataka. Iako se ovo otkriće dogodilo na najsitnijem molekularnom nivou, otkriće naučnika ima značajne posledice u stvarnom svetu. Na primer, hard diskovi čuvaju podatke u malim magnetnim regionima, a ako su napravljeni korišćenjem materijala koji se „podesi na naprezanje“, kao što je film, mogli bi da skladište dodatne podatke u regionima koji su rastegnuti na različite načine. U robotici, materijali podesivi na naprezanje mogu se koristiti kao senzori koji mogu pružiti precizne povratne informacije o pokretima i pozicioniranju robota. Takvi materijali bi bili posebno korisni za „meke robote“, koji koriste meke i fleksibilne komponente koje bolje imitiraju biološke organizme. Ili, magnetni uređaj koji je promenio svoje ponašanje kada je savijen mogao bi se koristiti za otkrivanje sitnih promena u okruženju ili za pravljenje neverovatno osetljive opreme za praćenje zdravlja.
Izvor: Thequantuminsider
