Naukowcy odkryli nowy rodzaj magnesu ukrywającego się w związku uranu.
Związek USb2 (związek uranu i antymonu), tak zwany magnes „oparty na singletach”, jest nowy, ponieważ generuje magnetyzm w zupełnie inny sposób niż jakikolwiek inny magnes znany naukowcom.
Elektrony, które są cząsteczkami naładowanymi ujemnie, wytwarzają własne małe pola magnetyczne. Pola te mają biegun „północny” i „południowy”, będący konsekwencją właściwości mechaniki kwantowej zwanej spinem. W większości obiektów te pola magnetyczne wskazują w losowych kierunkach, wzajemnie się znosząc. (To dlatego twoje ciało nie jest gigantycznym magnesem.) Ale w niektórych materiałach pola te wyrównują się. Kiedy tak się dzieje, tworzą one pole magnetyczne wystarczająco silne, aby na przykład przesunąć wiązkę żelaznych pilników lub spowodować, że kompas skieruje się na północ.
Prawie każdy znany magnes we wszechświecie działa w ten sposób, od tych na lodówce i urządzeniach MRI do magnetyzmu samej planety Ziemia.
Ale nowo odkryty magnes oparty na singletach działa w zupełnie inny sposób.
USb2 jest jak wiele innych substancji w tym sensie, że znajdujące się w nim elektrony nie mają tendencji do kierowania swoich pól magnetycznych w tym samym kierunku, więc nie mogą generować magnetyzmu na podstawie ich połączonej siły pola magnetycznego.
Jednak elektrony w USb2 mogą współpracować, tworząc obiekty kwantowo-mechaniczne zwane „ekscytonami spinowymi”.
Ekscytony spinowe nie są jak normalne cząstki, o których nauczyłeś się na lekcji fizyki i chemii: elektrony, protony, neutrony, fotony itp. Zamiast tego są to quasi-cząsteczki, cząsteczki, które nie są dyskretnymi obiektami w naszym wszechświecie, ale zachowują się, jakby były .
Ekscytony spinowe wyłaniają się z interakcji grup elektronów, a gdy się formują, powstaje pole magnetyczne.
Zgodnie z oświadczeniem naukowców odpowiedzialnych za odkrycie USb2, fizycy od dawna podejrzewali, że grupy ekscytonów spinowych mogą się skupiać razem z ich polami magnetycznymi zorientowanymi w ten sam sposób. Nazwali ten efekt „magnetyzmem opartym na singletach”. Zjawisko to zostało wcześniej udowodnione w krótkich, delikatnych błyskach w ultrazimnych warunkach eksperymentalnych, w których dziwna fizyka mechaniki kwantowej jest często bardziej wyraźna.
Teraz fizycy po raz pierwszy pokazali, że ten rodzaj magnesu może istnieć w stabilny sposób poza supercoolnymi środowiskami.
W złożonym USb2 pola magnetyczne tworzą się błyskawicznie i znikają prawie tak szybko, jak napisali naukowcy w artykule opublikowanym 7 lutego w czasopiśmie Nature Communications.
W normalnych okolicznościach momenty magnetyczne w sztabce żelaza wyrównują się stopniowo, bez ostrych przejść między stanami namagnesowanymi i niemagnetyzowanymi. W magnesie opartym na singletach skok między stanami jest ostrzejszy. Wirujące ekscytony, zwykle obiekty tymczasowe, stają się stabilne, gdy się skupiają. A kiedy te klastry się tworzą, rozpoczynają kaskadę. Podobnie jak domino wchodzące na swoje miejsce, ekscytony spinowe wypełniają całą substancję bardzo szybko i nagle i wyrównują się ze sobą.
Wydaje się, że tak właśnie dzieje się w USb2.
Zaletą tego rodzaju magnesu, jak napisali naukowcy w swoim oświadczeniu, jest to, że znacznie łatwiej przełącza się między stanami magnesowanymi i niemagnetyzowanymi niż zwykłe magnesy. Biorąc pod uwagę, że wiele komputerów polega na przełączaniu magnesów tam i z powrotem w celu przechowywania informacji, możliwe jest, że pewnego dnia urządzenia oparte na singletach będą działały znacznie wydajniej niż konwencjonalne konfiguracje magnetyczne.
