دانشمندان شکل جدیدی از مغناطیس را کشف کردند

دانشمندان سوئیسی موفق به کشف شکل جدیدی از مغناطیس شده‌اند.

کد خبر: ۶۶۶۰۴۳

تاریخ: ۲۹ آبان ۱۴۰۲ - ۱۵:۴۶

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از نیو اطلس، دانشمندان موسسه ETH زوریخ سوئیس نوع جدیدی از مغناطیس را کشف کرده‌اند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که ماده‌ای که به شکل مصنوعی تولید می‌شود از طریق مکانیزمی که قبلاً دیده نشده بود، مغناطیسی می‌شود.

رایج‌ترین شکل مغناطیسی شناخته شده، یعنی همان نوعی که شکلک‌ها را به یخچال شما می‌چسباند، چیزی است که فِرومغناطیس نامیده می‌شود که زمانی به وجود می‌آید که چرخش تمام الکترون‌ها در یک ماده در یک جهت باشد.

فرومغناطیس(Ferromagnetism) به پدیده‌ی ایجاد گشتاور مغناطیسی موازی در اثر برهم‌کنش تبادلی در دماهای پایین‌تر از نقطه بحرانی گفته می‌شود. موادی که این خاصیت را داشته باشند، فرومگنت نامیده می‌شوند. این مواد می‌توانند در نبود میدان خارجی، مغناطش خودبخودی(Ms) غیر صفر داشته باشند. این مقدار در دمای صفر مطلق به بیشترین میزان خود رسیده و در دمای کوری به صفر می‌رسد.

فرومغناطیسی مکانیسمی اساسی است که توسط آن مواد خاص مانند آهن، آهن‌ربای دائمی می‌شوند یا به آهن‌ربا جذب می‌شوند. در فیزیک، چندین نوع مختلف از خاصیت مغناطیسی وجود دارد. فرومغناطیس قوی‌ترین نوع و تنها نوعی است که به اندازه کافی قوی است تا حس شود و باعث پدیده‌های مغناطیسی در زندگی روزمره شود.

همه آهن‌رباهای دائمی موادی هستند که می‌توانند توسط یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شوند و بعد از حذف میدان مغناطیسی خارجی، آهن‌ربا باقی بمانند. آنها همگی فرومغناطیس سخت هستند، به طوری که مواد دیگر به آنها جذب می‌شوند.

اما اشکال دیگری مانند پارامغناطیس نیز وجود دارد که نسخه ضعیف‌تری هستند و این زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌ها در جهت‌های تصادفی قرار می‌گیرند.

دانشمندان سوئیسی در این مطالعه جدید، شکل جدیدی از مغناطیس را کشف کردند. پژوهشگران در حال بررسی خواص مغناطیسی مواد موآر(moiré) بودند که مواد آزمایشی هستند که از روی هم قرار دادن ورقه‌های دو بعدی مولیبدن دیزلنید و تنگستن دی‌سولفید ساخته شده‌اند. این مواد دارای ساختار شبکه‌ای هستند که می‌تواند حاوی الکترون باشد.

موآر به منسوجاتی با ظاهر موج‌دار گفته می‌شود که عمدتا از ابریشم، پشم، پنبه و ابریشم مصنوعی تولید می‌شود.

دانشمندان برای اینکه بفهمند این مواد موآر دارای چه نوع خاصیت مغناطیسی هستند، ابتدا با اعمال جریان الکتریکی و افزایش پیوسته ولتاژ، الکترون‌ها را درون آنها ریختند. سپس برای اندازه‌گیری مغناطیس آن، لیزری را به ماده تاباندند و اندازه‌گیری کردند که چقدر از آن نور برای قطبش‌های مختلف بازتاب می‌شود که می‌تواند نشان دهد که اسپین‌های الکترون در یک جهت(نشان دهنده فرومغناطیس) یا جهت‌های تصادفی(برای پارامغناطیس) هستند.

در ابتدا این ماده دارای حالت پارامغناطیس بود، اما وقتی گروه الکترون‌های بیشتری را به شبکه اضافه کردند، یک جابجایی ناگهانی و غیرمنتظره رخ داد و فرومغناطیس شد. جالب اینجاست که این جابجایی دقیقاً زمانی رخ داد که شبکه از یک الکترون در هر محل شبکه عبور کرد و برهمکنش تبادلی را که یک مکانیزم معمولی در فرومغناطیس است، غیر محتمل می‌کرد.

برهمکنش تبادلی در شیمی و فیزیک، یک اثر مکانیکی کوانتومی است که فقط بین ذرات یکسان رخ می‌دهد.

آتاک امام‌اقلو نویسنده اصلی این مطالعه گفت: این شواهد قابل توجهی برای نوع جدیدی از مغناطیس بود که با برهمکنش تبادلی قابل توضیح نیست.

این تیم، مکانیزم متفاوتی را پیشنهاد کرد. به گفته پژوهشگران، با ورود بیش از یک الکترون به محل‌های شبکه، آنها به صورت ذراتی موسوم به دوبلون(doublon) جفت می‌شوند که در نهایت از طریق تونل‌زنی کوانتومی، کل شبکه را پر می‌کنند.

همانطور که آنها این کار را انجام می‌دهند، الکترون‌ها انرژی جنبشی خود را به حداقل می‌رسانند. آنها این کار را با تراز کردن اسپین‌های خود انجام می‌دهند، بنابراین فرومغناطیس تولید می‌کنند.

این «مغناطیس جنبشی» از نظر تئوری چند دهه است که پیش بینی شده، اما تاکنون در مواد جامد مشاهده نشده بود.

اکنون پژوهشگران قصد دارند این پدیده را با دقت بیشتری بررسی کنند، از جمله اینکه آیا می‌توان به آن در دماهای بالاتر دست یافت یا نه. ضمن اینکه برای این آزمایش، مواد باید تا کسری بالاتر از صفر مطلق خنک شوند.

این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.