Các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại nam châm hoàn toàn mới ẩn trong hợp chất uranium.
Hợp chất, USb2 (một hợp chất của urani và antimon), một loại nam châm được gọi là "dựa trên singlet", là tiểu thuyết ở chỗ nó tạo ra từ tính theo một cách hoàn toàn khác so với bất kỳ nam châm nào khác được các nhà khoa học biết đến.
Các electron, là các hạt tích điện âm, tạo ra từ trường nhỏ bé của riêng chúng. Những trường này có cực "bắc" và "nam", hệ quả của một tính chất cơ học lượng tử được gọi là spin. Trong hầu hết các đối tượng, các từ trường này chỉ theo các hướng ngẫu nhiên, triệt tiêu lẫn nhau. (Đây là lý do tại sao cơ thể bạn không phải là một nam châm khổng lồ.) Nhưng trong một số vật liệu nhất định, những trường đó trở nên thẳng hàng. Khi điều đó xảy ra, họ tạo ra một từ trường đủ mạnh để, ví dụ, di chuyển một bó sắt xung quanh hoặc khiến một la bàn chỉ về hướng bắc.
Gần như mọi nam châm được biết đến trong vũ trụ đều hoạt động theo cách này, từ những cái trên tủ lạnh và máy MRI của bạn đến từ tính của chính hành tinh Trái đất.
Nhưng nam châm dựa trên singlet mới được phát hiện hoạt động theo một cách hoàn toàn khác.
USb2 giống như nhiều chất khác ở chỗ các electron bên trong nó không có xu hướng hướng từ trường của chúng theo cùng một hướng, vì vậy chúng không thể tạo ra từ tính thông qua cường độ từ trường kết hợp của chúng.
Tuy nhiên, các electron trong USb2 có thể phối hợp với nhau để tạo thành các vật thể cơ học lượng tử gọi là "spin exciton".
Spin exciton không giống như các hạt bình thường mà bạn đã học trong lớp vật lý và hóa học: electron, proton, neutron, photon, v.v. Thay vào đó, chúng là các quasiparticles, các hạt không tách rời các vật thể trong vũ trụ của chúng ta nhưng hoạt động như chúng .
Spin exciton xuất hiện từ sự tương tác của các nhóm electron và khi chúng hình thành, một từ trường được tạo ra.
Theo một tuyên bố từ các nhà nghiên cứu chịu trách nhiệm về phát hiện USb2, các nhà vật lý từ lâu đã nghi ngờ rằng các nhóm exciton có thể tụ lại cùng với từ trường của chúng được định hướng theo cùng một cách. Họ gọi hiệu ứng từ tính "dựa trên singlet". Hiện tượng này đã được chứng minh trước đây trong những chớp nhoáng, mong manh trong các thiết lập thí nghiệm cực đoan, trong đó vật lý kỳ lạ của cơ học lượng tử thường rõ rệt hơn.
Bây giờ, lần đầu tiên các nhà vật lý đã chỉ ra rằng loại nam châm này có thể tồn tại một cách ổn định bên ngoài môi trường siêu lạnh.
Trong hợp chất USb2, từ trường hình thành trong nháy mắt và biến mất gần như nhanh chóng, các nhà nghiên cứu đã báo cáo trong một bài báo xuất bản ngày 7 tháng 2 trên tạp chí Nature Communications.
Trong trường hợp bình thường, các khoảnh khắc từ tính trong một thanh sắt trở nên thẳng hàng dần dần, không có sự chuyển đổi sắc nét giữa các trạng thái từ hóa và không bị biến dạng. Trong một nam châm dựa trên singlet, bước nhảy giữa các trạng thái sắc nét hơn. Spin exciton, thường là các vật thể tạm thời, trở nên ổn định khi chúng tụ lại với nhau. Và khi những cụm đó hình thành, chúng bắt đầu một tầng. Giống như domino rơi vào vị trí, các exciton quay tròn lấp đầy toàn bộ chất rất nhanh và đột ngột, và liên kết với nhau.
Đó là những gì dường như đang xảy ra ở USb2.
Ưu điểm của loại nam châm này, các nhà nghiên cứu đã viết trong tuyên bố của họ, là nó lật giữa các trạng thái từ hóa và không bị biến dạng dễ dàng hơn nhiều so với nam châm bình thường. Cho rằng nhiều máy tính dựa vào việc chuyển đổi nam châm qua lại để lưu trữ thông tin, có thể một ngày các thiết bị dựa trên singlet có thể chạy hiệu quả hơn nhiều so với thiết lập từ tính thông thường.
