Data: Piątek, 18 września 2009, 15:04

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