كشف مادهاي با خواص فيزيكي خارق‌العاده!
دانشمندان موفق به شناسايي خواص همزمان الكتريكي و مغناطيسي يك ماده فيزيكي شدند.
به گزارش ايسنا، در حالت معمول مواد مي‌توانند يا از لحاظ مغناطيسي و يا از لحاظ الكتريكي دوقطبي شوند.
تحقيقات دانشمندان موسسه نيلز بور دانشگاه كپنهاگ مادهاي را مورد بررسي قرار داده كه همزمان مي‌تواند از لحاظ مغناطيسي و الكتريكي دوقطبي شود. اين كشف رويكردهاي جديدي را براي مثال در ساخت حسگرهاي آتي پيش روي محققان قرار مي‌دهد.
موادي كه اين گونه دوقطبي شده و داراي خواص افزوده ديگر نيز هستند multiferroics نام داشته و در دهه 1960 توسط محققان روسي شناسايي شدند. اما در آن زمان فناوري لازم براي مطالعه اين مواد در دست نبود. هم‌اكنون محققان دوباره بر روي تحليل چنين موادي تمركز كرده‌اند زيرا امكانات علمي براي تحليل آنها تا سطح اتمي فراهم شده است.
دانشمندان دانماركي در مطالعات خود تركيب آهن TbFeO3 را با استفاده از تشعشع بسيار قوي نوترون در يك ميدان مغناطيسي مورد بررسي قرار دادند. آنها دماي محيط را تا نزديك به صفر مطلق يعني 271- درجه سانتيگراد پايين آوردند و دريافتند كه اتم‌هاي اين ماده در يك ساختار شبكه متجانس شامل رديف‌هاي تربيوم فلزي سنگين كه توسط اتم‌هاي آهن و اكسيژن جدا شده، آرايش شده‌اند.
چنين شبكه‌هايي شناخته شده هستند اما حوزه‌هاي مغناطيسي آنها كاملاً جديد است. در حالت نرمال، حوزه‌هاي مغناطيسي اندكي درهم برهم بوده اما در اين جا مشاهده شد كه آنها به طور مستقيم و با فاصله‌هاي همسان چيده شده بودند. اين امر پروفسور كيم لفمان و همكارانش را شگفت‌زده كرد.
اين محققان متوجه يك نظم چرخش غيرعادي براي ميدان مغناطيسي شدند كه در آن تغيير در جهت چرخش به طور ناگهاني در راستاي خطي از اتم‌ها روي داده و تشكيل ديواره دامنه ساليتون رخ مي‌دهد. اندازه حوزه‌هاي چرخش رو به بالا (يا رو به پايين) تقريباً 20 نانومتر است در حالي كه ديوارهاي دامنه چند دهم نانومتر بودند كه اين تركيبي غيرعادي محسوب شده و رخداد اين امر دانشمندان را به انجام بررسي‌هاي بيشتر واداشت.
آنها آزمايشات خود را در مركز تحقيقاتي نوترون Helmholtz-Zentrum در برلين با همكاري تيمي از دانشمندان آلماني و هلندي صورت دادند و موفق به تصويربرداري دقيق‌تر از ارتباط بين ساختار اين ماده و خواص فيزيكي آن شدند.
به گفته هلويزا بوردالو يكي از اعضا اين تيم تحقيقاتي، آن‌چه از مدل‌ها بر مي‌آيد اين است كه ديوارهاي تربيوم توسط امواج چرخش (مغناطيس) تعامل داشته كه اين مغناطيس از طريق شبكه آهني مغناطيسي منتقل مي‌شود. نتيجه اين امر نيرويي يوكاوا (Yukawa) مانند بوده كه براي فيزيك ذرات و هسته‌يي شناخته شده است. در واقع ماده مزبور همان نيروهاي تعاملي كه ذرات را در هسته اتمي به دور هم نگه مي‌دارد، را از خود نشان داد.
اين يافته‌ها گذرگاه جديدي براي كشف و گسترش نوين شده و محققان در حال بررسي كاربردهاي جديد اين مواد با خواص فيزيكي خارق‌العاده هستند.
نتايج اين تحقيق در مجله علمي Nature Materials انتشار يافت.
به گزارش ايسنا، در حالت معمول مواد مي‌توانند يا از لحاظ مغناطيسي و يا از لحاظ الكتريكي دوقطبي شوند.
تحقيقات دانشمندان موسسه نيلز بور دانشگاه كپنهاگ مادهاي را مورد بررسي قرار داده كه همزمان مي‌تواند از لحاظ مغناطيسي و الكتريكي دوقطبي شود. اين كشف رويكردهاي جديدي را براي مثال در ساخت حسگرهاي آتي پيش روي محققان قرار مي‌دهد.
موادي كه اين گونه دوقطبي شده و داراي خواص افزوده ديگر نيز هستند multiferroics نام داشته و در دهه 1960 توسط محققان روسي شناسايي شدند. اما در آن زمان فناوري لازم براي مطالعه اين مواد در دست نبود. هم‌اكنون محققان دوباره بر روي تحليل چنين موادي تمركز كرده‌اند زيرا امكانات علمي براي تحليل آنها تا سطح اتمي فراهم شده است.
دانشمندان دانماركي در مطالعات خود تركيب آهن TbFeO3 را با استفاده از تشعشع بسيار قوي نوترون در يك ميدان مغناطيسي مورد بررسي قرار دادند. آنها دماي محيط را تا نزديك به صفر مطلق يعني 271- درجه سانتيگراد پايين آوردند و دريافتند كه اتم‌هاي اين ماده در يك ساختار شبكه متجانس شامل رديف‌هاي تربيوم فلزي سنگين كه توسط اتم‌هاي آهن و اكسيژن جدا شده، آرايش شده‌اند.
چنين شبكه‌هايي شناخته شده هستند اما حوزه‌هاي مغناطيسي آنها كاملاً جديد است. در حالت نرمال، حوزه‌هاي مغناطيسي اندكي درهم برهم بوده اما در اين جا مشاهده شد كه آنها به طور مستقيم و با فاصله‌هاي همسان چيده شده بودند. اين امر پروفسور كيم لفمان و همكارانش را شگفت‌زده كرد.
اين محققان متوجه يك نظم چرخش غيرعادي براي ميدان مغناطيسي شدند كه در آن تغيير در جهت چرخش به طور ناگهاني در راستاي خطي از اتم‌ها روي داده و تشكيل ديواره دامنه ساليتون رخ مي‌دهد. اندازه حوزه‌هاي چرخش رو به بالا (يا رو به پايين) تقريباً 20 نانومتر است در حالي كه ديوارهاي دامنه چند دهم نانومتر بودند كه اين تركيبي غيرعادي محسوب شده و رخداد اين امر دانشمندان را به انجام بررسي‌هاي بيشتر واداشت.
آنها آزمايشات خود را در مركز تحقيقاتي نوترون Helmholtz-Zentrum در برلين با همكاري تيمي از دانشمندان آلماني و هلندي صورت دادند و موفق به تصويربرداري دقيق‌تر از ارتباط بين ساختار اين ماده و خواص فيزيكي آن شدند.
به گفته هلويزا بوردالو يكي از اعضا اين تيم تحقيقاتي، آن‌چه از مدل‌ها بر مي‌آيد اين است كه ديوارهاي تربيوم توسط امواج چرخش (مغناطيس) تعامل داشته كه اين مغناطيس از طريق شبكه آهني مغناطيسي منتقل مي‌شود. نتيجه اين امر نيرويي يوكاوا (Yukawa) مانند بوده كه براي فيزيك ذرات و هسته‌يي شناخته شده است. در واقع ماده مزبور همان نيروهاي تعاملي كه ذرات را در هسته اتمي به دور هم نگه مي‌دارد، را از خود نشان داد.
اين يافته‌ها گذرگاه جديدي براي كشف و گسترش نوين شده و محققان در حال بررسي كاربردهاي جديد اين مواد با خواص فيزيكي خارق‌العاده هستند.
نتايج اين تحقيق در مجله علمي Nature Materials انتشار يافت.
