فیزیکدانان اثر عجیب و غریب جدید مغناطیسی را کشف می کنند

به روشی کاملاً غیرمعمول ، خصوصیات الکتریکی و مغناطیسی یک کریستال خاص با هم مرتبط هستند – این پدیده در TU Wien (وین) کشف و توضیح داده شد.

برق و مغناطیس با یکدیگر ارتباط تنگاتنگی دارند: خطوط برق یک میدان مغناطیسی تولید می کنند ، آهن ربا های چرخان در یک ژنراتور برق تولید می کنند. با این حال ، این پدیده بسیار پیچیده تر است: خصوصیات الکتریکی و مغناطیسی برخی مواد نیز با یکدیگر ترکیب می شوند. خصوصیات الکتریکی برخی از بلورها می تواند تحت تأثیر میدان های مغناطیسی قرار گیرد – و بالعکس. در این حالت یکی از “اثر مغناطیسی” صحبت می کند. این نقش مهمی در فناوری دارد ، به عنوان مثال در انواع خاصی از حسگرها یا در جستجوی مفاهیم جدید ذخیره اطلاعات.

ماده خاصی مورد بررسی قرار گرفت که در نگاه اول ، هیچ اثر مغناطیسی الکتریکی انتظار نمی رود. اما اکنون آزمایش های دقیق نشان داده است که می توان در این ماده تأثیر را مشاهده کرد ، فقط کاملاً متفاوت از حد معمول عمل می کند. می توان آن را به روشی بسیار حساس کنترل کرد: حتی تغییرات اندک در جهت میدان مغناطیسی می تواند خصوصیات الکتریکی ماده را به حالت کاملاً متفاوتی تغییر دهد.

تقارن اتصال را کنترل می کند

پروفسور آندره پیمنوف از انستیتوی فیزیک حالت جامد در TU Wien می گوید: “اینکه خصوصیات الکتریکی و مغناطیسی یک کریستال بهم پیوسته باشد یا نه ، به تقارن درونی بلور بستگی دارد.” “اگر کریستال از تقارن بالایی برخوردار باشد ، به عنوان مثال ، اگر یک طرف کریستال دقیقاً تصویر آینه طرف دیگر باشد ، بنابراین به دلایل نظری هیچ اثر مغناطیسی الکتریکی وجود ندارد.”

این مربوط به کریستال است که اکنون به طور دقیق مورد بررسی قرار گرفته است – اصطلاحاً لانگازیت ساخته شده از لانتانیم ، گالیوم ، سیلیکون و اکسیژن ، که با اتم های هولمیوم دوپ شده است. “ساختار کریستال آنقدر متقارن است که در واقع نباید اجازه هرگونه اثر مغناطیسی الکتریکی را بدهد. و در مورد میدان های مغناطیسی ضعیف ، هیچ اتصالی با خصوصیات الکتریکی کریستال وجود ندارد. ”می گوید آندره پیمنوف. “اما اگر قدرت میدان مغناطیسی را افزایش دهیم ، اتفاق قابل توجهی رخ می دهد: اتم های هولمیوم حالت کوانتومی خود را تغییر می دهند و یک لحظه مغناطیسی به دست می آورند. این تقارن داخلی بلور را می شکند. “

از نظر هندسی صرف ، کریستال هنوز متقارن است ، اما باید مغناطیس اتم ها را نیز در نظر گرفت و این همان چیزی است که تقارن را می شکند. بنابراین قطبش الکتریکی کریستال را می توان با یک میدان مغناطیسی تغییر داد. پیمنوف توضیح می دهد: “قطبش زمانی است که بارهای مثبت و منفی موجود در کریستال نسبت به یکدیگر کمی جابجا شوند.” “دستیابی به این امر با یک میدان الکتریکی آسان خواهد بود – اما به دلیل اثر مغناطیسی ، این امر با استفاده از یک میدان مغناطیسی نیز امکان پذیر است.”

این قدرت نیست ، بلکه جهت است

هرچه میدان مغناطیسی قویتر باشد ، تأثیر آن بر قطبش الکتریکی نیز بیشتر است. آندری پیمنوف می گوید: “رابطه بین قطبش و قدرت میدان مغناطیسی تقریباً خطی است ، که هیچ چیز عادی نیست.” “آنچه قابل توجه است ، این است که رابطه بین قطبش و جهت میدان مغناطیسی به شدت غیر خطی است. اگر کمی جهت میدان مغناطیسی را تغییر دهید ، قطبش کاملاً از بین می رود. این شکل جدیدی از اثر مغناطیسی است که قبلاً شناخته شده نبود. ” بنابراین یک چرخش کوچک ممکن است تصمیم بگیرد که آیا میدان مغناطیسی می تواند قطب بندی الکتریکی بلور را تغییر دهد یا خیر.

امکان فناوری های جدید ذخیره سازی

آندری پیمنوف می گوید: “اثر مغناطیسی الكتریكی به طور فزاینده ای در كاربردهای مختلف فن آوری نقش مهمی خواهد داشت.” “در مرحله بعدی ، ما سعی خواهیم کرد به جای تغییر خصوصیات الکتریکی با یک میدان مغناطیسی ، خصوصیات مغناطیسی را با یک میدان الکتریکی تغییر دهیم. در اصل ، این باید دقیقاً به همان طریق امکان پذیر باشد. “

در صورت موفقیت ، راهی جدید امیدوار کننده برای ذخیره داده ها در جامدات خواهد بود. پیمنوف توضیح می دهد: “در حافظه های مغناطیسی مانند دیسک های سخت رایانه ، امروزه به میدان های مغناطیسی نیاز است.” “آنها با سیم پیچ های مغناطیسی تولید می شوند که به انرژی و زمان نسبتاً زیادی نیاز دارند. اگر راهی مستقیم برای تغییر خصوصیات مغناطیسی یک حافظه حالت جامد با یک میدان الکتریکی وجود داشته باشد ، این یک موفقیت بزرگ خواهد بود. “