رقص اتمی باعث ایجاد آهنربا می شود

10 نوامبر 2023 (اخبار نانوورکمواد کوانتومی کلید آینده ای با سرعت رعد و برق و سیستم های اطلاعاتی کارآمد را در اختیار دارند. مشکل استفاده از پتانسیل تبدیل آنها این است که در جامدات، تعداد زیادی از اتم ها اغلب خواص کوانتومی عجیب و غریبی که الکترون ها دارند را از بین می برد. محققان دانشگاه رایس در آزمایشگاه مواد کوانتومی دانشمند هانیو ژو دریافتند که وقتی اتم‌ها در دایره‌ای حرکت می‌کنند، می‌توانند معجزه کنند: وقتی شبکه اتمی در یک کریستال خاکی کمیاب با ارتعاشی به شکل چوب پنبه‌باز به نام فونون کایرال متحرک می‌شود. کریستال به آهنربا تبدیل می شود.

گیرنده های کلیدی

مواد کوانتومی، به‌ویژه فلوراید سریم، می‌توانند به طور موقت از طریق هم‌ترازی اسپین الکترون ناشی از فونون کایرال مغناطیسی شوند و نیاز به میدان مغناطیسی قوی را دور بزنند.

محققان دانشگاه رایس کشف کردند که حرکت کایرال شبکه های اتمی در این مواد بر اسپین های الکترون تأثیر می گذارد، اثری که معمولاً تنها با میدان های مغناطیسی بزرگ به دست می آید.

این اثر مغناطیسی که توسط پالس های نور فوق سریع القا می شود، از مدت زمان پالس نور بیشتر است و در دماهای پایین تر بارزتر است.

این تحقیق تاثیر غیرمنتظره حرکت اتمی بر خواص مواد را برجسته می‌کند و فرض تقارن معکوس زمانی در رفتار الکترون را به چالش می‌کشد.

این یافته ها به درک جفت شدن اسپین فونون کمک می کند و به طور بالقوه به تحقیقات آینده در دستکاری مواد کوانتومی و مغناطیسی از طریق میدان های خارجی مانند نور کمک می کند.

[محتوای جاسازی شده]

تحقیق

مطابق مطالعه منتشر شده در علم ("میدان های مغناطیسی موثر بزرگ از فونون های کایرال در هالیدهای خاکی کمیاب"قرار دادن فلوراید سریم در معرض پالس‌های فوق سریع نور، اتم‌های آن را به رقصی می‌فرستد که به‌طور لحظه‌ای اسپین‌های الکترون‌ها را جمع‌آوری می‌کند و باعث می‌شود آنها با چرخش اتمی هماهنگ شوند. در غیر این صورت این هم ترازی به یک میدان مغناطیسی قدرتمند برای فعال شدن نیاز دارد، زیرا فلوراید سریم به طور طبیعی پارامغناطیس با چرخش های تصادفی جهت دار حتی در دمای صفر است. بوریس یاکوبسون، دانشمند مواد رایس و یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: «هر الکترون دارای یک اسپین مغناطیسی است که مانند یک سوزن قطب نما کوچک که در ماده جاسازی شده عمل می کند و به میدان مغناطیسی محلی واکنش نشان می دهد. کایرالیتی که به آن دستی نیز گفته می‌شود، زیرا دست‌های چپ و راست یکدیگر را بدون اینکه روی هم قرار گیرند منعکس می‌کنند، نباید بر انرژی اسپین الکترون‌ها تأثیر بگذارد. اما در این مثال، حرکت کایرال شبکه اتمی، اسپین‌های درون ماده را قطبی می‌کند که گویی یک میدان مغناطیسی بزرگ اعمال شده است. اگرچه کوتاه مدت است، اما نیرویی که چرخش ها را در یک راستا قرار می دهد، با اختلاف قابل توجهی از مدت زمان پالس نور دوام می آورد. از آنجایی که اتم‌ها فقط در فرکانس‌های خاصی می‌چرخند و در دماهای پایین‌تر برای مدت طولانی‌تری حرکت می‌کنند، اندازه‌گیری‌های وابسته به فرکانس و دما بیشتر تأیید می‌کنند که مغناطش در نتیجه رقص کایرال جمعی اتم‌ها رخ می‌دهد. ژو، صندلی برنج ویلیام مارش رایس و استادیار علوم مواد و مهندسی نانو می‌گوید: «تأثیر حرکت اتمی روی الکترون‌ها شگفت‌آور است، زیرا الکترون‌ها بسیار سبک‌تر و سریع‌تر از اتم‌ها هستند. الکترون‌ها معمولاً می‌توانند بلافاصله با موقعیت اتمی جدید سازگار شوند و مسیر قبلی خود را فراموش کنند. اگر اتم‌ها در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف عقربه‌های ساعت حرکت کنند، یعنی در زمان به جلو یا عقب بروند، ویژگی‌های ماده بدون تغییر باقی می‌ماند. این ایده که حرکت جمعی اتم ها تقارن برگشت زمان را می شکند، نسبتاً جدید است. فونون های کایرال در حال حاضر به صورت تجربی در چند ماده مختلف نشان داده شده اند، اما دقیقاً چگونگی تأثیر آنها بر خواص مواد به خوبی درک نشده است. ژو گفت: «ما می‌خواستیم اثر فونون‌های کایرال را بر خواص الکتریکی، نوری و مغناطیسی یک ماده اندازه‌گیری کنیم. از آنجایی که اسپین به چرخش الکترون ها اشاره دارد در حالی که فونون ها چرخش اتمی را توصیف می کنند، انتظار ساده لوحانه ای وجود دارد که این دو ممکن است با یکدیگر صحبت کنند. بنابراین تصمیم گرفتیم روی پدیده ای جذاب به نام جفت شدن اسپین فونون تمرکز کنیم. کوپلینگ اسپین فونون نقش مهمی در برنامه های کاربردی دنیای واقعی مانند نوشتن داده ها بر روی هارد دیسک دارد. در اوایل سال جاری، گروه ژو نمونه جدیدی از جفت شدن اسپین فونون در لایه‌های مولکولی منفرد با اتم‌هایی که به صورت خطی حرکت می‌کردند و اسپین‌ها را تکان می‌داد، نشان دادند. در آزمایش‌های جدید، ژو و اعضای تیم باید راهی پیدا می‌کردند تا شبکه‌ای از اتم‌ها را به شکل کایرال هدایت کنند. این امر هم مستلزم انتخاب ماده مناسب و هم این بود که نور را در فرکانس مناسب برای ارسال چرخش شبکه اتمی آن با کمک محاسبات نظری همکاران ایجاد کنند. جیامینگ لو، دانشجوی فارغ التحصیل فیزیک کاربردی و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد: «هیچ منبع نوری خارج از قفسه برای فرکانس های فونون ما در حدود 10 تراهرتز وجود ندارد. ما پالس‌های نوری خود را با مخلوط کردن نورهای مادون قرمز شدید و چرخاندن میدان الکتریکی برای صحبت کردن با فونون‌های کایرال ایجاد کردیم. علاوه بر این، ما دو پالس نور مادون قرمز دیگر را به ترتیب برای نظارت بر چرخش و حرکت اتمی گرفتیم. علاوه بر بینش‌های حاصل از جفت‌شدن اسپین فونون که از یافته‌های تحقیق به دست می‌آید، طراحی و راه‌اندازی آزمایشی به تحقیقات آینده در مورد مواد مغناطیسی و کوانتومی کمک می‌کند. ژو گفت: "ما امیدواریم که اندازه گیری کمی میدان مغناطیسی از فونون های کایرال به ما کمک کند تا پروتکل های آزمایشی برای مطالعه فیزیک جدید در مواد دینامیکی ایجاد کنیم."

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64035.php