赤鉄鉱に磁気単極子が現れる – Physics World

英国のオックスフォード大学とケンブリッジ大学の物理学者は、天然に存在する反強磁性酸化鉄材料であるヘマタイトに磁気単極子やその他の異常な磁気構造の痕跡を発見した。研究者らが量子センシング測定を使用して発見したこの構造は、競馬場メモリーや超高速でエネルギー効率の高いニューロモーフィック・コンピューティングなどの新しいデバイスの基礎を形成する可能性がある。

通常の棒磁石は N 極と S 極で構成されます。それを 2 つにスライスすると、どんなに小さくても、得られた半分にはそれぞれ 2 つの極が付きます。実際、磁気の双極性の性質は非常に基本的なものであるため、マクスウェルの方程式に現れます。これは、孤立した正と負の電荷は存在するが、孤立した磁荷は存在できないことを意味します。

1920 年代と 1930 年代の量子革命の間、一部の物理学者は、この古典的な電磁気学の原理は修正する必要があるのではないかと推測し始めました。 1931 年、ポール ディラックは、磁気単極子 (孤立した磁性の N 極と S 極として機能し、電荷の磁気的類似体である素粒子) が存在する可能性があることを初めて予測しました。ディラックが想定したタイプの磁気単極子が自由粒子として観察されたことはありませんが、スピンアイスとして知られるエキゾチックな物質が、それらを模倣する集団状態をホストしていることがその後判明しました。

磁荷の渦巻き模様

が率いる研究者チーム メテ・アタチュレ、 の頭 ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所は現在、赤鉄鉱中に同様の「出現」タイプの磁気単極子を観察しています。これらの単極子は、多くの渦巻くスピン (電子の固有角運動量) の集合状態であり、それらが一緒になって、そこから磁場が発せられる局所的な安定した粒子のように機能します。 「ヘマタイトのこれらの『反強磁性の渦』（メロン、アンチメロン、ビメロンと呼ばれる）は『緊急磁気単極子』と関連しています」とチームの共同リーダーは説明する パオロ・ラダエリ、オックスフォードの物理学者。 「これらの渦はその位置を明らかにし、ダイヤモンド量子磁力測定やその他のスキャン技術を使用してその挙動を研究することができます。」

ダイヤモンド量子磁力測定では、ダイヤモンドで作られた小さな針の単一スピンを使用して、材料表面の磁場を正確かつ非侵襲的に測定します。 「量子磁力計は非常に小さな磁場を感知できます」とアタチュレ氏は説明します。 「したがって、局所的な磁化がほぼ打ち消される特殊な種類の磁性材料である反強磁性体の磁気秩序をマッピングするのに理想的です。」

新しいアプローチが功を奏する

で彼らの仕事を報告する研究者 ネイチャーマテリアルズらは、この技術を使用してヘマタイト中に二次元の単極子、双極子、四重極などのいくつかの異常な磁気構造を発見しました。自然に存在する磁石で二次元の単極子が観察されたのはこれが初めてだという。ラダエリ氏は、反強磁性スピンテクスチャーはとらえどころがなく、唯一のものであると考えられていたため、チームはあまり期待していなかった、と付け加えた。 複雑なX線技術を使用して観察可能.

「私たちは、何が起こるのか正確に分からないまま、ケンブリッジのメテと同僚にサンプルを送りました」と彼は言います。 「このことについて話し合って、何も見えないと思ったのを覚えています。ケンブリッジから画像が流入し始めたとき、定量的なシミュレーションによって信号の微視的な起源が明らかになるまで、私たちはさまざまな解釈について議論しました。」

この時点で初めて、研究チームは観察された磁気構造の単極の性質を理解し、科学文献にある単極の例と関連付けることができた、と彼は語る。 物理学の世界.

読み取りと分類

申請に関してはチームメンバー ハリオム・ジャニオックスフォード大学の博士研究員であり、この研究の筆頭著者でもある同氏は、新たに観察された単極子が他の異常な影響の指標として機能する可能性があると示唆している。 「小さな磁場のソース/シンクである磁荷と、反強磁性の渦の曲がりくねった感覚との間の相互接続は、エキゾチックな反強磁性状態を読み取って分類するための簡単な経路を開くため、非常に役立ちます。」と彼は言います。

トポロジカルキラル結晶に潜んでいる磁気単極子

ケンブリッジ大学の同僚、博士課程の学生 アンソニータン、同意します。 「私たちの研究は、量子材料に隠された磁気現象を発見して調査するダイヤモンド量子磁力測定の可能性を浮き彫りにしており、これはこの分野における新しい研究分野の開拓に役立つ可能性があります」と彼は言います。

ラダエリ氏によると、チームの最終目標は、これらの反強磁性渦を利用する次世代コンピューティング用の実世界デバイスを構築することだという。 「私たちは 2 つの異なるコンセプトに並行して取り組んでいます。1 つは生物学的ニューロンのエミュレーションに基づいたものです。そしてもう1つはいわゆる競馬場、つまり渦巻きのためのナノスケールの「高速道路」です」と彼は言います。このようなデバイスを構築するには、電気接点、リード線、トランスデューサーをナノスケールで製造する必要があると彼は付け加え、「ダイヤモンド量子磁力測定などのマルチプローブ走査技術により、この研究を迅速に進めることができると期待しています。」と付け加えた。

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/magnetic-monopoles-appear-in-haematite/