Magneettiset monopolit ilmestyvät hematiitissa – Physics World

Fyysikot Oxfordin ja Cambridgen yliopistoissa Isossa-Britanniassa ovat havainneet magneettisia monopoleja ja muita epätavallisia magneettisia rakenteita hematiitissa, luonnossa esiintyvässä antiferromagneettisessa rautaoksidimateriaalissa. Rakenteet, jotka tutkijat löysivät käyttämällä kvanttimittauksia, voivat muodostaa perustan uusille laitteille, kuten kilparatamuisteille ja supernopealle, energiatehokkaalle neuromorfiselle laskennalle.

Tavallinen tankomagneetti koostuu pohjois- ja etelänapasta. Leikkaa se kahtia, ja jokaisessa tuloksena olevassa puolikkaassa - riippumatta siitä kuinka pieni - on myös kaksi napaa. Itse asiassa magnetismin kaksinapainen luonne on niin perustavanlaatuinen, että se tulee esiin Maxwellin yhtälöissä, mikä tarkoittaa, että vaikka yksittäisiä positiivisia ja negatiivisia sähkövarauksia on olemassa, eristettyjä magneettivarauksia ei voi.

1920- ja 1930-lukujen kvanttivallankumouksen aikana jotkut fyysikot alkoivat spekuloida, että tämä klassisen sähkömagnetismin periaate saattaa vaatia tarkistamista. Vuonna 1931 Paul Dirac ennusti ensimmäisenä, että magneettisia monopoleja – alkuainehiukkasia, jotka toimivat eristettyinä magneettisina pohjois- ja etelänapoina ja ovat sähkövarausten magneettisia analogeja – voisi olla olemassa. Vaikka suunnitellun Diracin tyyppisiä magneettisia monopoleja ei ole koskaan nähty vapaina hiukkasina, eksoottisten materiaalien, jotka tunnetaan nimellä spinjäät, on sittemmin havaittu sisältävän kollektiivisia tiloja, jotka jäljittelevät niitä.

Magneettisten varausten pyörivät kuviot

Johtava tutkijaryhmä Mete Atatüre, johtaja Cambridgen Cavendish-laboratorio, on nyt havainnut samanlaisen "nousemassa olevan" tyyppisen magneettisen monopolin hematiitissa. Nämä monopolit ovat monien pyörivien spinien (elektronien luontainen kulmamomentti) kollektiivisia tiloja, jotka yhdessä toimivat kuin paikallinen vakaa hiukkanen, josta lähtee magneettikenttä. "Nämä "antiferromagneettiset pyörteet" (joita kutsutaan meroneiksi, antimeroneiksi ja bimeroneiksi) hematiitissa liittyvät "syntyviin magneettisiin monopoleihin", selittää ryhmän toinen johtaja. Paolo Radaelli, fyysikko Oxfordissa. "Nämä pyörteet paljastavat sijaintinsa ja voimme tutkia niiden käyttäytymistä timanttikvanttimagnetometrialla ja muilla skannaustekniikoilla."

Timanttikvanttimagnetometriassa timantista tehdyn pienen neulan yksittäistä pyöritystä käytetään mittaamaan tarkasti ja ei-invasiivisesti magneettikenttä materiaalin pinnalla. "Kvanttimagnetometria voi havaita hyvin pieniä magneettikenttiä", Atatüre selittää. "Siksi se soveltuu ihanteellisesti kartoittamaan magneettista järjestystä antiferromagneeteissa, jotka ovat erityinen magneettisten materiaalien luokka, jossa paikallinen magnetointi melkein kumoutuu."

Uusi lähestymistapa kannattaa

Tutkijat, jotka raportoivat työstään Luonto Materiaalit, havaitsi useita epätavallisia magneettisia rakenteita hematiitissa käyttämällä tätä tekniikkaa, mukaan lukien kaksiulotteiset monopolit, dipolit ja kvadrupolet. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kaksiulotteinen monopoli on havaittu luonnollisessa magneetissa, he sanovat. Radaelli lisää, että tiimi ei odottanut näkevänsä paljon, koska antiferromagneettisia spin-kuvioita pidettiin vaikeasti havaittavissa ja vain havaittavissa monimutkaisilla röntgentekniikoilla.

"Lähetimme näytteemme Metelle ja kollegoillemme Cambridgeen tietämättä tarkalleen mitä odottaa", hän sanoo. ”Muistan, että keskustelimme tästä ja ajattelin, että emme näe mitään. Kun Cambridgestä tuli kuvia, keskustelimme erilaisista tulkinnoista, kunnes kvantitatiiviset simulaatiot paljastivat signaalin mikroskooppisen alkuperän.

Vasta tässä vaiheessa ryhmä ymmärsi havaitun magneettirakenteen monopolaarisen luonteen ja loi yhteyden tieteellisen kirjallisuuden esimerkkeihin monopoleista, hän kertoo. Fysiikan maailma.

Lukeminen ja luokittelu

Mitä tulee hakemuksiin, tiimin jäsen Hariom Jani, tutkijatohtori Oxfordissa ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, ehdottaa, että äskettäin havaitut monopolit voisivat toimia indikaattoreina muille epätavallisille vaikutuksille. "Magneettisten varausten, jotka ovat pienten kenttien lähteitä/nieluja, välinen yhteys ja antiferromagneettisten pyörteiden käämitys on varsin hyödyllinen, koska se avaa helpon tien lukea ja luokitella eksoottisia antiferromagneettisia tiloja", hän sanoo.

Topologisissa kiraalisissa kiteissä piilevät magneettiset monopolit

Hänen Cambridge-kollegansa, tohtoriopiskelija Anthony Tan, samaa mieltä. "Työmme korostaa timanttikvanttimagnetometrian mahdollisuuksia paljastaa ja tutkia piilotettuja magneettisia ilmiöitä kvanttimateriaaleista, mikä voisi auttaa pioneerina uusia tutkimusaloja tällä alueella", hän sanoo.

Radaelli sanoo, että tiimin perimmäinen tavoite on rakentaa todellisia laitteita seuraavan sukupolven tietojenkäsittelyyn, jotka hyödyntävät näitä antiferromagneettisia pyörteitä. ”Työskentelemme rinnakkain kahden erillisen konseptin parissa: toinen perustuu biologisten neuronien emulointiin; ja toinen niin kutsutuilla kilparadalla, eli nanoskooppisilla "valtateillä" pyörteitä varten", hän sanoo. Tällaisten laitteiden rakentaminen edellyttää sähkökoskettimien, johtimien ja muuntimien valmistusta nanomittakaavassa, hän lisää: "Odotamme, että usean koettimen skannaustekniikat, kuten timanttikvanttimagnetometria, antavat meille mahdollisuuden nopeuttaa tätä työtä."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/magnetic-monopoles-appear-in-haematite/