Voor jaren, onderzoekers hebben een vreemd fenomeen nagestreefd:wanneer je een ultradunne magneet raakt met een laser, het demagnetiseert plotseling. Stel je voor dat de magneet op je koelkast eraf valt.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van CU Boulder onderzoeken hoe magneten herstellen van die verandering, in een fractie van een seconde hun eigenschappen terugkrijgen.

Volgens een onderzoek dat deze week is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , gezapte magneten gedragen zich eigenlijk als vloeistoffen. Hun magnetische eigenschappen beginnen "druppeltjes, " vergelijkbaar met wat er gebeurt als je een pot olie en water door elkaar schudt.

Om daar achter te komen, Ezio Iacocca van CU Boulder, Mark Hoefer en hun collega's maakten gebruik van wiskundige modellering, numerieke simulaties en experimenten uitgevoerd aan het SLAC National Accelerator Laboratory van Stanford University.

"Onderzoekers hebben hard gewerkt om te begrijpen wat er gebeurt als je een magneet opblaast, " zei Iacocca, hoofdauteur van de nieuwe studie en een onderzoeksmedewerker bij de afdeling Toegepaste Wiskunde. 'Waar we in geïnteresseerd waren, is wat er gebeurt nadat je het hebt opgeblazen. Hoe herstelt het zich?'

Vooral, de groep richtte zich op een korte maar kritieke tijd in het leven van een magneet - de eerste 20 biljoenste van een seconde na een magnetische, metaallegering wordt geraakt door een korte, laser met hoge energie.

Iacocca legde uit dat magneten zijn, door hun aard, mooi georganiseerd. Hun atomaire bouwstenen hebben oriëntaties, of "draait, die in dezelfde richting wijzen, omhoog of omlaag - denk aan het magnetisch veld van de aarde, die altijd naar het noorden wijst.

Behalve, dat is, als je ze met een laser opblaast. Raak een magneet met een laserpuls die kort genoeg is, Iacocca zei, en wanorde zal volgen. De spins in een magneet zullen niet langer alleen naar boven of naar beneden wijzen, maar in alle verschillende richtingen, waardoor de magnetische eigenschappen van het metaal teniet worden gedaan.

"Onderzoekers hebben onderzocht wat er gebeurt 3 picoseconden na een laserpuls en wanneer de magneet na een microseconde weer in evenwicht is, " zei Iacocca, ook een gastonderzoeker bij het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST). "Tussenin, er is veel onbekend."

Het is dat ontbrekende tijdvenster dat Iacocca en zijn collega's wilden invullen. Om dat te doen, het onderzoeksteam voerde een reeks experimenten uit in Californië, kleine stukjes gadolinium-ijzer-kobaltlegeringen met laserstralen. Vervolgens, ze vergeleken de resultaten met wiskundige voorspellingen en computersimulaties.

En, ontdekte de groep, dingen werden vloeibaar. Hoefer, een universitair hoofddocent toegepaste wiskunde, wijst er snel op dat de metalen zelf niet in vloeistof veranderden. Maar de spins in die magneten gedroegen zich als vloeistoffen, bewegen en hun oriëntatie veranderen als golven die in een oceaan beuken.

"We gebruikten de wiskundige vergelijkingen die deze spins modelleren om aan te tonen dat ze zich op die korte tijdschalen als een superfluïde gedroegen, " zei Hoefer, een co-auteur van de nieuwe studie.

Wacht even en die zwervende spins beginnen te kalmeren, hij voegde toe, kleine clusters vormen met dezelfde oriëntatie - in wezen "druppels" waarin de spins allemaal naar boven of naar beneden wijzen. Wacht nog even, en de onderzoekers berekenden dat die druppeltjes groter en groter zouden worden, vandaar de vergelijking met olie en water die uit elkaar vallen in een pot.

"Op bepaalde plekken de magneet begint weer omhoog of omlaag te wijzen, "Zei Hoefer. "Het is als een zaadje voor deze grotere groepen."

Hoefer voegde eraan toe dat een gezapte magneet niet altijd teruggaat naar hoe het ooit was. In sommige gevallen, een magneet kan omslaan na een laserpuls, schakelen van boven naar beneden.

Ingenieurs maken al gebruik van dat flipping-gedrag om informatie op de harde schijf van een computer op te slaan in de vorm van bits van enen en nullen. Iacocca zei dat als onderzoekers manieren kunnen vinden om dat efficiënter te doen, ze kunnen misschien snellere computers bouwen.

"Daarom willen we precies begrijpen hoe dit proces verloopt, "Iacocca zei, "zodat we misschien een materiaal kunnen vinden dat sneller draait."