14:33 2022-05-20
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii descoperă un nou fenomen „neașteptat” în fizica cuantică a materialelor
_ Cercetătorii descoperă un nou fenomen „neașteptat” în fizica cuantică a materialelor
Cercetătorii de la Northeastern au descoperit un nou fenomen cuantic într-o anumită clasă de materiale, numite izolatori antiferomagnetici, care ar putea oferi noi modalități de alimentare „spintronice” și alte dispozitive tehnologice ale viitorului.< /p>
Descoperirea luminează „cum curge căldura într-un izolator magnetic [și] cum [cercetătorii] pot detecta acel flux de căldură”, spune Gregory Fiete, profesor de fizică la Northeastern și coautor al cercetării. Efectele noi, publicate în Nature Physics săptămâna aceasta și demonstrate experimental, au fost observate prin combinarea feritei de lantan (LaFeO3) cu un strat de platină sau wolfram.
„Acea cuplare stratificată este responsabilă pentru fenomen, „, spune Arun Bansil, profesor universitar distins în Departamentul de Fizică din Northeastern, care a luat parte și la studiu.
Descoperirea poate avea numeroase aplicații potențiale, cum ar fi îmbunătățirea senzorilor de căldură, reciclarea căldurii reziduale, și alte tehnologii termoelectrice, spune Bansil. Acest fenomen ar putea duce chiar la dezvoltarea unei noi surse de energie pentru aceste tehnologii și alte tehnologii în devenire. Studentul absolvent din Northeastern Matt Matzelle și Bernardo Barbiellini, un fizician teoretic și computațional la Universitatea de Tehnologie Lappeenranta, care vizitează în prezent Northeastern, au participat la cercetare.
Ilustrarea constatărilor echipelor necesită o mărire considerabilă (la propriu) pentru a observa lumea particulelor la scară atomică - în special, la nano-viețile electronilor. De asemenea, necesită înțelegerea mai multor proprietăți ale electronilor - că aceștia posedă ceva numit „spin”, au o sarcină și pot, atunci când se deplasează printr-un material, să genereze flux de căldură.
Spinul electronilor sau momentul unghiular , descrie o proprietate fundamentală a electronilor definită în una dintre cele două stări potențiale: Sus sau jos. Există multe moduri diferite în care aceste rotiri „în sus sau în jos” ale electronilor (de asemenea, considerate poli nord-sud) se orientează în spațiu, ceea ce, la rândul său, dă naștere la diferite tipuri de magnetisme. Totul depinde, spune Bansil, de modul în care atomii sunt modelați într-un anumit material.
Într-un sistem magnetic, în mod obișnuit, rotațiile din acel material s-au aliniat în aceeași direcție. Acel aranjament de electroni în cristale magnetice (sau „feromagnetice”) este ceea ce produce acea forță care atrage sau respinge alte cristale. O mulțime de materiale magnetice conduc, de asemenea, electricitatea atunci când electronii sunt capabili să curgă prin ele. Acele materiale se numesc conductori, deoarece sunt capabili să conducă electricitatea.
Pe lângă generarea unui curent electric, mișcarea electronilor printr-un material transportă și un curent de căldură. Când un câmp electromagnetic extern este aplicat materialelor care conduc electricitatea, rezultă un curent de căldură.
„Căldura este exact atunci când acești electroni se mișcă mai repede sau mai lent, așa că, ca rezultat, pot transporta mai mult sau mai mult. mai puțină energie termică”, spune Bansil.
De obicei, curentul de spin curge în aceeași direcție cu curentul de căldură, spune Bansil. Dar, în materialele specifice utilizate în acest studiu, „curge perpendicular pe direcția curentului de căldură.”
„Asta este noutatea aici”, spune Bansil.
Această interacțiune „neașteptată” este cea care deschide ușa către noi moduri de a gândi despre generarea de energie.
„Ceea ce vrem să facem este să creăm un curent de magnetism care generează energie electrică, iar modul în care o faci este prin generarea unei tensiuni”, spune Fiete.
Pentru a face asta, cercetătorii au combinat materialul izolator antiferomagnetic (aici LaFeO3) cu un alt element mai greu, precum platina sau wolfram, care sunt conductori. Cuplajul aruncă electronii ușor în declin.
„Acest material special are rotiri care sunt, pe atomii vecini cei mai apropiați, aproape perfect anti-orientați”, spune Fiete, „însemnând că sunt puțin înclinați. Nu sunt perfect anti-orientați. — sunt în cea mai mare parte, dar există o mică întorsătură. Și acea mică compensare este de fapt foarte importantă, pentru că face parte din ceea ce dă naștere efectelor interesante pe care le vedem în proiect.”
Asta este ceea ce îi dă numele acestei clase de materiale: antiferomagnet înclinat.
O clasă emergentă de dispozitive electronice, așa-numita „spintronica”, se bazează pe manipularea spinului electronilor cu scopul de a îmbunătăți capacitățile de procesare a informațiilor în tehnologiile viitoare. Un alt domeniu înrudit, numit caloritronica cu spin, se concentrează pe „modul în care convertiți fluxul de căldură în fluxul de magnetism, sau fluxul de spin și, în cele din urmă, într-o tensiune”, spune Fiete.
„Fizica cuantică a materialelor este de interes deosebit, deoarece se conectează direct cu o mulțime de tehnologii: tehnologii în calculul cuantic, detecția cuantică și comunicațiile cuantice", spune Fiete. „Și ideea care câștigă teren cu adevărat... în acest moment este: cum facem tranziția cercetării de la universitate, ca tipul în care este implicată echipa mea, la tehnologii care vor avea un impact asupra modului în care ne trăim viața?”
Comentarii:
Adauga Comentariu