Gazowe ferromagnetyki

Naukowcy z MIT-u odpowiedzieli na pytanie, które od dziesięcioleci trapiło uczonych - czy w gazach powstaje zjawisko magnetyzmu. Odpowiedź brzmi: tak.

Zespół z Massachusetts Institute of Technolgy zaobserwował magnetyzm w gazie atomów litu schłodzonych do temperatury -273 stopni Celsjusza. W ten sposób udowodniono, że gaz złożony z fermionów nie musi tworzyć sieci krystalicznej, by być ferromagnetykiem.

Uczeni od dziesięcioleci zastanawiali się, czy gazy i płyny mogą być ferromagnetykami, czyli materiałami wykazującymi silne właściwości magnetyczne nawet bez obecności pola magnetycznego.

W ciałach stałych, takich jak żelazo czy nikiel, mamy do czynienia z ferromagnetyzmem wówczas, gdy nietworzące par elektrony w siatce krystalicznej spontanicznie ustawiają się w tym samym kierunku.

Wszystkie fermiony (elektrony, protony i neutrony) wykazują właściwości podobne do elektronów, a więc mogą zostać użyte do symulowania ich zachowania w elektromagnesie. Atomy i molekuły, które posiadają równe liczby fermionów uznawane są za złożone fermiony. Dlatego też uczeni z MIT-u użyli litu-6, którego atomy składają się z trzech elektronów, trzech protonów i trzech neutronów. Wiadomo, że w naturze istnieją naturalne płyny i gazy fermionowe. Występują on w ciekłym helu-3 i w gwiazdach neutronowych. Jednak, jak wyjaśnia Gyu-boong Jo, członek zespołu badawczego, naturalne gazowa i ciekłe systemy fermionów nie wykazują właściwości ferromagnetycznych, gdyż poszczególne elementy zbyt słabo ze sobą oddziałują. Jednak w przypadku atomów litu-6 możliwe jest manipulowanie siłą oddziaływań dzięki zmianom zewnętrznego pola magnetycznego.

Uczeni z MIT-u najpierw złapali chmurę chłodnych atomów litu w pułapkę stworzoną za pomocą lasera na podczerwień. Następnie zwiększali stopniowo siły oddziałujące pomiędzy atomami. Początkowo chmura zaczęła się powiększać, a później gwałtownie się skurczyła. gdy atomy uwolniono z pułapki, doszło do bardzo szybkiego powiększania się chmury.

Takie zachowanie jest zgodne z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi zjawisk zachodzących podczas przechodzenia do stanu ferromagnetyka.

Specjaliści zgadzają się, że uzyskano w ten sposób bardzo silny dowód na to, iż gazy fermionowe mogą mieć takie właściwości jak krystaliczne ferromagnetyki. Jednak ostatecznym dowodem byłoby bezpośrednie zaobserwowanie ferromagnetyzmu.

Mariusz Błoński


Wersja do druku

18.09.2009 r.

"Zimne" pamięci macierzowe, 9:42

Za prawie 1 mld USD Avaya przejmuje Nortel Enterprise Solutions, 9:39

18.09.2009 r.

Kwantowy silnik, 15:06

Opera chce walczyć o USA, 15:07