Sammanfattning
Forskare har gjort en banbrytande upptäckt på nanoskalan som avslöjar en ny typ av kvasipartikel i alla magnetiska material. Denna upptäckt visar att magnetism är mer dynamisk än vad vi tidigare trodde och kan hjälpa till att utveckla en ny generation av snabbare och mer energieffektiv elektronik. Studien visar att kvasipartiklarna kan röra sig fritt i magnetiska material med höga hastigheter, vilket kan vara nyttigt för spintronik och andra tillämpningar.
Forskare har gjort en banbrytande upptäckt på nanoskalan, som avslöjar en helt ny typ av kvasipartikel i alla magnetiska material, oavsett deras styrka eller temperatur. Denna upptäckt kastar om vad vi trodde vi visste om magnetism och visar att den är mer dynamisk än vi tidigare trodde.
Forskarna Deepak Singh och Carsten Ullrich från University of Missouri’s College of Arts and Science, tillsammans med sina team av studenter och postdoktorer, har upptäckt en ny typ av kvasipartikel som liknar bubblor i kolsyrat vatten, men som kan röra sig fritt i magnetiska material med förvånansvärt höga hastigheter.
”Vi har alla sett bubblorna som bildas i kolsyrat vatten eller andra kolsyrade dryckesprodukter,” sade Ullrich, Curators’ Distinguished Professor of Physics and Astronomy. ”Kvasipartiklarna är som dessa bubblor, och vi fann att de kan fritt röra sig med förvånansvärt höga hastigheter.”
Denna upptäckt kan hjälpa till att utveckla en ny generation av elektronik som är snabbare, smartare och mer energieffektiv. Men först måste forskarna avgöra hur denna upptäckt kan integreras i dessa processer.
Ett vetenskapligt område som direkt kan dra nytta av forskarnas upptäckt är spintronik, eller ”spin-elektronik”. Medan traditionell elektronik använder elektronernas elektriska laddning för att lagra och bearbeta information, använder spintronik elektronernas naturliga spin, en egenskap som är intrinsiskt kopplad till elektronernas kvantnatur, sade Ullrich.
Till exempel skulle ett mobiltelefonbatteri kunna räcka i hundratals timmar på en laddning om det drivs av spintronik, sade Singh, en biträdande professor i fysik och astronomi som specialiserat sig på spintronik.
”Spinnaturen hos dessa elektroner är ansvarig för de magnetiska fenomen,” sade Singh. ”Elektroner har två egenskaper: en laddning och en spin. Så, istället för att använda den konventionella laddningen, använder vi den rotationella, eller spinnande, egenskapen. Det är mer effektivt eftersom spinn dissiperar mycket mindre energi än laddningen.”
Singhs team, inklusive den tidigare doktoranden Jiason Guo, hanterade experimenten och använde Singhs år av expertis på magnetiska material för att förfina deras egenskaper. Ullrichs team, med postdoktoranden Daniel Hill, analyserade Singhs resultat och skapade modeller för att förklara det unika beteende de observerade under kraftfulla spektrometrar placerade vid Oak Ridge National Laboratory.
Den aktuella studien bygger på teamets tidigare studie, publicerad i Nature Communications, där de först rapporterade om detta dynamiska beteende på nanoskalan.
”Emergent topologiska kvasi-partikelkinetik i konstriktiva nanomagneter,” publicerades i Physical Review Research, en tidskrift från American Physical Society. Detta arbete stöddes av anslag från U.S. Department of Energy Office of Science, Basic Energy Sciences (DE-SC0014461 och DE-SC0019109). Innehållet är enbart forfattarnas ansvar och representerar inte nödvändigtvis de officiella åsikterna hos finansiärerna.
Guo, som nu är en postdoktor vid Oak Ridge National Laboratory, och Hill är de första och andra författarna i studien. De Mizzou-forskarna fick sällskap av Valeria Lauter, Laura Stingaciu och Piotr Zolnierczuk, forskare vid Oak Ridge.
Källa: ScienceDaily
Taggar: Magnetism, nanoteknologi, fysik, spintronik, elektronik, energiteknik, materialvetenskap, kemi.