Monopole magnetik muncul di hematit – Dunia Fisika

Fisikawan di Universitas Oxford dan Cambridge di Inggris telah menemukan tanda-tanda monopole magnetik dan struktur magnetik lain yang tidak biasa pada hematit, bahan oksida besi antiferromagnetik alami. Struktur tersebut, yang ditemukan para peneliti menggunakan pengukuran penginderaan kuantum, dapat menjadi dasar untuk perangkat baru seperti memori arena pacuan kuda dan komputasi neuromorfik super cepat dan hemat energi.

Magnet batang biasa terdiri dari kutub utara dan selatan. Belah menjadi dua, dan masing-masing bagian yang dihasilkan – sekecil apa pun – juga akan memiliki dua kutub. Memang, sifat magnetisme bipolar sangat mendasar sehingga muncul dalam persamaan Maxwell, yang menyiratkan bahwa meskipun muatan listrik positif dan negatif yang terisolasi ada, namun muatan magnet yang terisolasi tidak ada.

Selama revolusi kuantum pada tahun 1920-an dan 1930-an, beberapa fisikawan mulai berspekulasi bahwa prinsip elektromagnetisme klasik ini mungkin perlu direvisi. Pada tahun 1931 Paul Dirac menjadi orang pertama yang meramalkan bahwa monopole magnet – partikel elementer yang bertindak sebagai kutub magnet utara dan selatan yang terisolasi dan merupakan analog magnetik dari muatan listrik – bisa ada. Meskipun monopole magnet seperti yang dibayangkan Dirac tidak pernah terlihat sebagai partikel bebas, material eksotik yang dikenal sebagai spin ice telah ditemukan memiliki keadaan kolektif yang menirunya.

Pola berputar-putar muatan magnet

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Mete Atature, kepala dari Laboratorium Cavendish Cambridge, kini telah mengamati jenis monopole magnet “muncul” serupa pada hematit. Monopole ini adalah keadaan kolektif dari banyak putaran yang berputar (momenta sudut elektron yang melekat) yang, bersama-sama, bertindak seperti partikel stabil terlokalisasi dengan medan magnet yang memancar darinya. “'Pusaran antiferromagnetik' ini (yang disebut meron, antimeron, dan bimeron) pada hematit dikaitkan dengan 'monopole magnet yang muncul',” jelas salah satu pemimpin tim. Paolo Radaelli, seorang fisikawan di Oxford. “Pusaran ini menunjukkan lokasinya dan kami dapat mempelajari perilakunya dengan magnetometri kuantum berlian dan teknik pemindaian lainnya.”

Dalam magnetometri kuantum berlian, satu putaran pada jarum kecil yang terbuat dari berlian digunakan untuk mengukur medan magnet pada permukaan suatu material secara tepat dan non-invasif. “Magnetometri kuantum dapat mendeteksi medan magnet yang sangat kecil,” jelas Atatüre. “Oleh karena itu, ini sangat cocok untuk memetakan tatanan magnet pada antiferromagnet, kelas bahan magnet khusus yang magnetisasi lokalnya hampir hilang.”

Pendekatan baru membuahkan hasil

Para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di Bahan Alam, melihat beberapa struktur magnet yang tidak biasa pada hematit menggunakan teknik ini, termasuk monopol dua dimensi, dipol, dan kuadrupol. Ini adalah pertama kalinya monopole dua dimensi diamati pada magnet alami, kata mereka. Radaelli menambahkan bahwa tim tidak berharap untuk melihat banyak karena tekstur putaran antiferromagnetik dianggap sulit dipahami dan hanya dapat diamati menggunakan teknik sinar-X yang kompleks.

“Kami mengirimkan sampel kami ke Mete dan rekan-rekannya di Cambridge tanpa mengetahui secara pasti apa yang diharapkan,” katanya. “Saya ingat mendiskusikan hal ini dan berpikir bahwa kita tidak akan melihat apa pun. Ketika gambar-gambar dari Cambridge mulai berdatangan, kami memperdebatkan interpretasi yang berbeda sampai simulasi kuantitatif mengungkapkan asal usul sinyal secara mikroskopis.”

Hanya pada titik inilah tim memahami sifat monopolar dari struktur magnet yang diamati dan menghubungkannya dengan contoh monopole dalam literatur ilmiah, katanya. Dunia Fisika.

Pembacaan dan klasifikasi

Adapun lamaran, anggota tim Hariom Jani, seorang rekan pascadoktoral di Oxford dan penulis pertama studi tersebut, berpendapat bahwa monopole yang baru diamati dapat berfungsi sebagai indikator untuk efek tidak biasa lainnya. “Interkoneksi antara muatan magnet, yang merupakan sumber/penyerap medan kecil, dan sensasi belitan pusaran antiferromagnetik cukup berguna karena membuka jalur mudah untuk membaca dan mengklasifikasikan keadaan antiferromagnetik yang eksotis,” katanya.

Monopole magnetik ditemukan bersembunyi di kristal kiral topologi

Rekannya di Cambridge, mahasiswa PhD Anton Tan, setuju. “Pekerjaan kami menyoroti potensi magnetometri kuantum berlian untuk mengungkap dan menyelidiki fenomena magnetik tersembunyi dalam material kuantum, yang dapat membantu merintis bidang studi baru di bidang ini,” katanya.

Tujuan utama tim ini, kata Radaelli, adalah membangun perangkat dunia nyata untuk komputasi generasi mendatang yang memanfaatkan pusaran antiferromagnetik ini. “Kami bekerja secara paralel pada dua konsep terpisah: satu berdasarkan pada meniru neuron biologis; dan yang lainnya di jalur balap, yaitu 'jalan raya' nanoskopik untuk pusaran air,” katanya. Untuk membuat perangkat semacam itu, diperlukan kontak listrik, kabel, dan transduser yang dibuat pada skala nano, ia menambahkan: “Kami mengantisipasi bahwa teknik pemindaian multi-probe, seperti magnetometri kuantum berlian, akan memungkinkan kami mempercepat pekerjaan ini.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/magnetic-monopoles-appear-in-haematite/