تغییر خواص مغناطیسی

در فشارهای بالا

 شدت میدان یک ماده‌ی مغناطیسی نتیجه‌ی اسپین الکترون‌های جفت نشده و چگونگی جهت قرار گرفتن اسپین‌های الکترون‌های مختلف است که با با الکترون‌های دیگر قرار گرفته‌اند

محققان دریافتند شدت میدان مغناطیسی بسیاری از مواد معدنی مغناطیسی برروی زمین -وقتی تحت فشار قرار می‌گیرند- به‌طور جدی کاهش می‌یابند.

به گزارش «ساینس دیلی» (Science daily) و به‌نقل از مجله‌ی «فیزیکال رویو لترز» (Physical Review Letters) محققان آزمایشگاه ژئوفیزیک مؤسسه‌ی «کارنگی» (Carnegie)، با مشارکت محققان مرکز «ذرات بنیادی پیشرفته» (Advanced Photon Source) وابسته به آزمایشگاه «آرگون آمریکا» (Argonne National Laboratory) کشف کردند وقتی سنگ آهن مغناطیسی (Magnetit) تحت فشاری بین 120000 تا160000 برابر فشار جو قرار گیرد، کشش مغنناطیسی‌اش نصف می‌شود. آن‌ها کشف کردند که این تغییر به دلیل «زوج اسپین الکترون» (Electron Spin Pairing) است.

خاصیت مغناطیسی از الکترون‌های جفت نشده در مواد مغناطیسی شکل می‌گیرد. شدت میدان یک ماده‌ی مغناطیسی نتیجه‌ی اسپین الکترون‌های جفت نشده و چگونگی جهت قرار گرفتن اسپین‌های الکترون‌های مختلف است که با با الکترون‌های دیگر قرار گرفته‌اند. این تحقیق نشان داد که کاهش خواص مغناطیسی به‌دلیل الکترون‌های جفت نشده است.

«یانگ‌ دینگ» (Yang Ding) محقق این پژوهش می‌گوید: «مقادیر کم آهن مغناطیسی در باکتری‌های خاص، مغز برخی از پرندگان و حشرات و حتی در انسان وجود دارد. قطب‌نماهای قدیمی‌ برای یافتن قطب شمال مغناطیسی و پرندگان برای جهت‌یابی‌هایشان از این خاصیت استفاده می‌کنند و امروزه از این خاصیت در نانوفناوری استفاده می‌شود. توجه علم به ویژگی‌های مهم آن بسیار زیاد است. درک رفتار آهن مغناطیسی مشکل است چرا که کنش شدید بین الکترون‌های آهن مغناطیسی، ساختار الکترونی با خواص مغناطیسی را پیچیده کرده است.».

جهت مطالعه‌ی مواد معدنی محققان از روش جدیدی را توسعه داده و به‌کار بردند که اصطلاحاً «دورنگ نمایی مدور مغناطیسی پرتو ایکس» (XMCD) در مرکز «ذرات بنیادی پیشرفته» (Advanced Photon Source) نامیده شده و توسط یک ابزار تقویت‌کننده‌ی ذرات باردار الکترونی و پر انرژی اجرا می‌شود. این روش از پرتوهای ایکس مدور قطبی‌شده برای بررسی حالت مغناطیسی آهن مغناطیسی به‌صورت سلول سندانی الماس استفاده می‌کنند؛ این سلول نمونه‌ای از صدها هزار گونه‌ی جو است. محققان آزمون‌های تجربی خود را با روش‌های محاسباتی نظری ترکیب کردند تا دلیل تغییرات شدت مغناطیسی را دریابند. این بررسی نشان می‌دهد که آرایش اسپین- الکترون در محل آهن سنگ‌های معدنی منشأ این پدیده است.

این کشف نه فقط تأثیر شدید فشار را بر خاصیت مغناطیسی نشان می‌دهد بلکه برای اولین بار آشکار می‌کند که فشار باعث القای انتقال زوج اسپین شده و در تنیجه تغییرهایی در ساختار تراگذری الکترون می‌گردد. «دینگ» (Ding) می‌گوید: «این کشف مهم است. درک ما را از رابطه‌ با خواص مغناطیسی، انتقال الکترون و پایداری ساختار در مواد با کنش‌های قوی الکترون مانند آهن مغناطیسی نشان می‌دهد.».

«هوو وانگ ماو» (Hu Wang Mao) مدیر اجرایی پژوهش «کنسرسیوم مشترک فشار بالا» (High Pressure Synergetic Consortium) و گروه الحاقی «همکاری فشار بالا» (High Pressure Collaborative) اذعان می‌کند که: « تعجب برانگیز نخواهد بود که واقعیت کشف شده‌ی جدید با اعمال فشار بر روی مواد مغناطیسی سابق تأیید شود. فشار می‌تواند مستقیمًا به‌وسیله‌ی متراکم سازی فضای بین الکترون‌ها کنش‌های بین الکترون – الکترون را تغییر دهد. در آینده، اعمال فشار بالا با استفاده از روش‌های جدید «تقویت‌کننده‌ی ذرات باردار الکترونی» (Novel Cynchrotron techniques) بدون شک منجر به کشف‌های بیش‌تر و جدیدی می‌شود.».