Een team van wetenschappers heeft het eerste robuuste voorbeeld van een nieuw type magneet ontdekt - een die veelbelovend is voor het verbeteren van de prestaties van gegevensopslagtechnologieën.

Deze "singlet-based" magneet verschilt van conventionele magneten, waarin kleine magnetische bestanddelen op één lijn liggen met elkaar om een ​​sterk magnetisch veld te creëren. Daarentegen, de nieuw ontdekte op singlet gebaseerde magneet heeft velden die in en uit het bestaan ​​springen, wat resulteert in een onstabiele kracht, maar ook een die mogelijk meer flexibiliteit heeft dan conventionele tegenhangers.

"Er wordt tegenwoordig veel onderzoek gedaan naar het gebruik van magneten en magnetisme om technologieën voor gegevensopslag te verbeteren, " legt Andrew Wray uit, een assistent-professor natuurkunde aan de New York University, die het onderzoeksteam leidde. "Singlet-gebaseerde magneten zouden een meer plotselinge overgang moeten hebben tussen magnetische en niet-magnetische fasen. Je hoeft niet zoveel te doen om het materiaal te laten wisselen tussen niet-magnetische en sterk magnetische toestanden, wat gunstig kan zijn voor het stroomverbruik en de schakelsnelheid in een computer.

"Er is ook een groot verschil in hoe dit soort magnetisme koppelt aan elektrische stromen. Elektronen die in het materiaal komen, hebben een zeer sterke wisselwerking met de onstabiele magnetische momenten, in plaats van er gewoon doorheen te gaan. Daarom, het is mogelijk dat deze kenmerken kunnen helpen bij prestatieknelpunten en een betere controle van magnetisch opgeslagen informatie mogelijk maken."

Het werk, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , omvatten ook onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory, het Nationaal Instituut voor Standaarden en Technologie, de Universiteit van Maryland, Rutgers Universiteit, het Brookhaven National Laboratory, Binghamton-universiteit, en het Lawrence Livermore National Laboratory.

Het idee voor dit type magneet stamt uit de jaren 60, gebaseerd op een theorie die in schril contrast stond met wat al lang bekend was over conventionele magneten.

Een typische magneet bevat een groot aantal kleine "magnetische momenten" die zijn vergrendeld in uitlijning met andere magnetische momenten, ze werken allemaal samen om een ​​magnetisch veld te creëren. Door dit samenstel aan hitte bloot te stellen, wordt het magnetisme geëlimineerd; deze kleine momenten zullen blijven, maar ze zullen in willekeurige richtingen wijzen, niet meer afgestemd.

Een baanbrekende gedachte 50 jaar geleden, daarentegen, stelde dat een materiaal dat geen magnetische momenten heeft, toch een magneet kan zijn. Dit klinkt onmogelijk, de wetenschappers merken op, maar het werkt vanwege een soort tijdelijk magnetisch moment genaamd een "spin-exciton, " die kan ontstaan ​​als elektronen onder de juiste omstandigheden op elkaar botsen.

"Een enkele spin-exciton heeft de neiging om in korte tijd te verdwijnen, maar als je er veel hebt, de theorie suggereerde dat ze elkaar kunnen stabiliseren en het verschijnen van nog meer spin-excitonen kunnen katalyseren, in een soort cascade, ' legt Wray uit.

In de Natuurcommunicatie Onderzoek, de wetenschappers probeerden dit fenomeen te ontdekken. Er waren verschillende kandidaten gevonden die dateren uit de jaren 70, maar ze waren allemaal moeilijk te bestuderen, met magnetisme alleen stabiel bij extreem lage temperaturen.

Met behulp van neutronenverstrooiing, Röntgenverstrooiing, en theoretische simulaties, de onderzoekers legden een verband tussen het gedrag van een veel robuustere magneet, USb2, en de theoretische kenmerken van op singlet gebaseerde magneten.

"Dit materiaal was de afgelopen decennia een behoorlijk raadsel geweest - de manier waarop magnetisme en elektriciteit met elkaar praten binnenin het was bekend als bizar en begon pas logisch te worden met deze nieuwe classificatie, " merkt Lin Miao op, een NYU-postdoctoraal fellow en de eerste auteur van het papier.

specifiek, ze ontdekten dat USb2 de essentiële ingrediënten bevat voor dit type magnetisme - met name een kwantummechanische eigenschap genaamd "Hundness" die bepaalt hoe elektronen magnetische momenten genereren. Onlangs is aangetoond dat hundness een cruciale factor is voor een reeks kwantummechanische eigenschappen, inclusief supergeleiding.