Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã đo được một tính chất cơ bản của nam châm gọi là phân cực nam châm – và trong quá trình này, đang đạt được tiến bộ trong việc chế tạo các thiết bị năng lượng thấp.
Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên đã đo được một tính chất cơ bản của nam châm gọi là phân cực nam châm – và trong quá trình này, đang đạt được tiến bộ trong việc chế tạo các thiết bị năng lượng thấp.
Sự tồn tại của phân cực Magnon là một ý tưởng lý thuyết trong vật lý trong gần 100 năm nhưng không ai chứng minh được sự tồn tại của nó.
Các nhà khoa học tại Đại học Leeds và Đại học Tohoku ở Nhật Bản đã cố gắng thử và cho thấy nó tồn tại bằng cách đo nó. Phát hiện của họ vừa được công bố trên tạp chí Vật lý Đánh giá (Physical Review Letters).
Magnon là các hạt gần như bên trong các vật liệu từ tính đang trong quá trình sáng tạo và phá hủy liên tục. Chúng được phân cực cho phép phân biệt theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ (phân cực tròn), lên hoặc xuống – và trái hoặc phải (phân cực tuyến tính).
Người ta rất quan tâm đến tính chất phân cực của các nam châm vì các nhà vật lý tin rằng nó có thể được khai thác để vận chuyển thông tin trong các thiết bị điện năng lượng thấp, một lĩnh vực nghiên cứu gọi là điện tử học.
Các nhà khoa học nhằm mục đích đo sự phân cực của nam châm trong một trong những nam châm được sử dụng thường xuyên nhất trong nghiên cứu điện tử học, garnet hợp chất sắt yttri. Trong nhiều nam châm, chỉ tồn tại các nam châm ngược chiều kim đồng hồ. Nhưng trong garnet sắt yttri, cả hai nam châm phân cực ngược chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ đã được dự đoán, làm cho nó trở thành một vật liệu đặc biệt thú vị để đo.
Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phép đo này bằng cách sử dụng tán xạ neutron phân cực. Điều này liên quan đến việc chuẩn bị neutron ở trạng thái spin lượng tử cụ thể (“lên” hoặc “xuống”) và bắn chúng vào một nam châm trong chùm tia hội tụ.
Trong thí nghiệm, hầu hết các neutron truyền thẳng qua nam châm, hoàn toàn không tương tác – khiến cho các phép đo trở nên đặc biệt khó khăn. Nhưng một số lượng nhỏ neutron va chạm với các nam châm và phân tán ra khỏi nam châm theo mọi hướng. Một máy dò đã đo các neutron khi chúng bay ra khỏi mẫu. Bằng cách phân tích vị trí, năng lượng và trạng thái spin cuối cùng của neutron, các tính chất của nam châm đã được tiết lộ.
Điều quan trọng trong công việc này, bằng cách so sánh trạng thái spin của neutron trước và sau khi tán xạ, sự phân cực theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ của các nam châm đã được xác định.
Tiến sĩ Joseph Barker từ Trường Vật lý và Thiên văn học tại Leeds cho biết: “Trong Vật lý, các lý thuyết vẫn là dự đoán cho đến khi các phép đo thực nghiệm xác nhận xem chúng có đúng hay không. Một ví dụ nổi tiếng là tìm kiếm Higgs Boson, nhưng có rất nhiều lý thuyết chưa được kiểm chứng trên các ngành khoa học.”
Phân cực Magnon gần đây đã trở thành một chủ đề quan trọng trong điện tử học, vì vậy đây là thời điểm hoàn hảo để thử và đo lường nó và xác minh rằng nó tồn tại.
Tiến sĩ Barker nói thêm: “Các thí nghiệm và phân tích rất khó khăn và phức tạp. Trên thực tế, phải mất hai lần thử, một lần ở Hoa Kỳ và sau đó ở Pháp, để hoàn thiện phương pháp thí nghiệm.
“Chúng tôi cũng phải tạo ra một mô hình máy tính chính xác để đảm bảo chúng tôi hiểu chính xác những gì chúng tôi đang thấy bởi vì các phép đo tán xạ neutron đến từ một loạt các quá trình vật lý không thể gỡ rối thành từng phần riêng lẻ.”
Các nhà nghiên cứu hiện có thể tập trung nghiên cứu về cách khai thác sự phân cực của các nam châm để chế tạo các loại thiết bị spintronic mới cho công nghệ năng lượng thấp.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Hiệp hội Hoàng gia, Hiệp hội khuyến khích khoa học tài trợ cho nghiên cứu khoa học, JST ERATO, Chương trình GP-Spin của Đại học Tohoku, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Chương trình hợp tác Hoa Kỳ-Nhật Bản về tán xạ neutron.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Leeds . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :