مشخص شدن حرکت‌های چرخشی مغناطیسی

هسته‌ی فعال در آزمایش‌ها

فیزیک‌دانان آرایش غیرمعمول از چرخش‌های مغناطیسی را (به‌نام «گرداب مغناطیسی») در یک فیلم نازک مغناطیسی کشف کردند.

آزمایش آن‌ها در آزمایشگاه نوری سویس انجام گرفت که حرکت‌های هسته‌ی دینامیکی این چرخش‌های مغناطیسی را برای اولین بار نشان می‌دهند.

جایزه‌ی نوبل 2007 به همین دستاورد در میدان مغناطیسی تعلق گرفت. وقتی البرت فرت(Albert Fert) و پیتر گرونبرگ(Peter Grunberg) پیش بینی نمی‌کرد که چه زمان کوتاهی طول می‌کشد تا این دستاورد به صورت روزانه در دیسک سخت رایانه‌ها مورد استفاده قرار گیرد. دکتر کارستن کوپر(Karsten Kupper) و دکتر یورگن فاسبندر(Jurgen Fassbender) از موسسه‌ی (FZD) با سؤالات ساده‌ای برخوردند که دغدغه‌ی فیزیک مغناطیس است و کاربردهای آن هنوز قابل پیش بینی نیستند.

آن‌ها گرداب‌های مغناطیسی را مورد بررسی قرار دادند که شبیه چرخش‌های مغناطیسی در ابعاد نانو بود(یک نانو یک میلیاردم متر است). این هسته‌های مغناطیسی با اندازه‌ای در حدود حدود 10 نانومتر با مغناطش پایدار، در مرکز چرخش مغناطیسی قرار گرفته است. در نتیجه کاندیدای مناسبی برای حافظه‌های غیر فرار مغناطیسی محسوب می‌شوند.

اکنون محققان اساس فیزیکی پدیده‌ی گرداب‌های مغناطیسی را مورد بررسی قرار می‌دهند که به‌‌صورت تجربی برای اولین بار چند سال قبل انجام شد. یک گرداب را می‌توان به‌صورت دیسک فرومغناطیس نازک گردی با قطر چند میکرومتر توصیف کرد که مغناطش مدوری شبیه برخی از گردبادهای بزرگ است. در مرکز دیسک هسته‌ای با حدود 20 اتم عمود بر مغناطش قرار دارد(مانند چشم گردباد که به‌سمت زمین است).

با اعمال میدان مغناطیسی بر یک گرداب مغناطیسی، گرداب از مرکز دیسک به سمت حاشیه‌ها می‌رود. اگر ناگهان این میدان قطع شود، گرداب در جهت ساعت‌‌گرد یا پادساعت‌گرد در یک مارپیچ در همان مسیر اولیه که بوده (در مرکز دیسک) حرکت می‌کند. این حرکت خاص ژیراسیون(یا چرخش) نامیده می‌شود. در اصل مغناطش عمود بر هسته‌ی گرداب می‌تواند به‌سمت بالا یا پایین جهت‌گیری کند و چهار حرکت مختلف داشته باشد: چرخش مغناطیسی راست به چپ، و ترکیب با حرکت بالا به پایین در جهت عمود مغناطش هسته.

در مقایسه با هر ذره‌ی فیزیکی ذره گونه‌ی دیگری می‌توان یک ضد ذره یافت؛ یعنی ضدگرداب در این حالت. فیزیک‌دانان FZDاکنون می‌توانند ویژگی‌های مغناطیسی دو گرداب و یک ضد گرداب را دیده و بررسی کنند.

یعنی حرکت سه هسته با توجه به پالس‌های کوتاه میدان مغناطیسی. معمولا یک گرداب و ضد‌گرداب فورا با گسیل انرژی هم‌دیگر را نابود ‌می‌کنند. بااین‌حال دو گرداب حول یک گرداب می‌توانند یک واحد مغناطیسی زیبا تشکیل دهند که «تک دیوار گره-مقطعی» نامیده می‌شود.

آزمایش‌هایی که دینامیک مغناطش و حرکت‌های هسته را در آزمایشگاه نور سوییس (موسسه‌ی پُل شرر) انجام گرفتند. سؤال‌های بنیادی که با این کشف مطرح می‌شوند این‌ها هستند: چگونه دو گرداب و یک ضد گرداب بر ویژگی‌های دینامیکی کُل ساختار و نیز خود حرکت هسته‌ها تاثیر می‌گذارد؟ آیا گرداب و ضد گرداب در این ارایش خاص هم‌دیگر را جذب می‌کنند یا دفع؟ حرکت‌های مارپیچی هسته‌ها هم‌دیگر را تقویت می‌کنند یا از بین‌ می‌برند؟ آیا مؤلفه‌های دیگری در دامنه‌ی دیوار گره-مقطعی وجود دارند که در دینامیک کُلی این سیستم تاثیری داشته باشند؟

دکتر یورگن فاس‌بندر دو نتیجه‌ی دیگر هم می‌گیرد:« می‌توانیم روی تاثیرات غیرواقعی، بخصوص حرکت ژیراسیون یک ضدگرداب تحقیق کنیم که تا مدت‌ها نخواهیم توانست به شاهد تجربی دست پیدا کنیم. با مقایسه‌ی شبیه‌سازی‌های مکمل اکنون با جزییات دینامیک کنش این هسته‌ها آشنایی داریم. از این گذشته می‌توانیم جهت سه هسته را با تحلیل حرکت آن‌ها به‌دست آوریم. اگرچه وضوح جانبی میکروسکوپ مورد استفاده آن‌قدر بالا نیست که جهت هسته را مستقیما نشان دهد.»

قدم بعدی چیست؟ تیم نانو مغناطیس دکتر یورگن فاس‌بندر اکنون خود را برای چالش دیگری دنبال می‌کند: خلق «تک ضدگرداب» و مشخص کردن دینامیک مغناطش آن برای اولین بار. همه این‌ها با پیشرفت‌‌های غیر قابل پیش بینی آینده، دانسته‌های دانشمندان را نسبت به دینامیک مغناطش ساختارهای پیچیده‌تر میکرومغناطیسی کامل‌تر می‌کند.