Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων από την Αυστρία και τη Γερμανία ξεκίνησε ένα νέο παράδειγμα στον μαγνητισμό και την υπεραγωγιμότητα, θέτοντας τα αποτελέσματα της καμπυλότητας, της τοπολογίας και της τρισδιάστατης γεωμετρίας στο προσκήνιο της έρευνας της επόμενης δεκαετίας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο Advanced Materials.
Παραδοσιακά, το πρωτεύον πεδίο στο οποίο η καμπυλότητα παίζει κεντρικό ρόλο είναι η θεωρία της γενικής σχετικότητας. Τα τελευταία χρόνια, ωστόσο, ο αντίκτυπος της καμπυλόγραμμης γεωμετρίας έχει εισέλθει σε διάφορους κλάδους, που κυμαίνονται από τη φυσική στερεάς κατάστασης έως τη φυσική της μαλακής ύλης έως τη χημεία και τη βιολογία, και δημιουργεί μια πληθώρα αναδυόμενων τομέων, όπως η καμπυλόγραμμη κυτταρική βιολογία, οι ημιαγωγοί, η υπερρευστότητα, η οπτική, η πλασμονική και τα δισδιάστατα υλικά van der Waals. Στον σύγχρονο μαγνητισμό, την υπεραγωγιμότητα και τη σπιντρονική, επεκτείνοντας τις νανοδομές στην τρίτη διάσταση έχει γίνει μια σημαντική ερευνητική λεωφόρος λόγω των φαινομένων που προκαλούνται από τη γεωμετρία, την καμπυλότητα και την τοπολογία. Αυτή η προσέγγιση παρέχει ένα μέσο για τη βελτίωση των συμβατικών λειτουργιών και για την έναρξη νέων λειτουργιών προσαρμόζοντας την καμπυλότητα και το τρισδιάστατο σχήμα.
«Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί πειραματικές και θεωρητικές εργασίες που ασχολούνται με καμπυλόγραμμες και τρισδιάστατες υπεραγώγιμες και (αντι)σιδηρομαγνητικές νανοαρχιτεκτονικές. Ωστόσο, αυτές οι μελέτες προέρχονται από διαφορετικές επιστημονικές κοινότητες, με αποτέλεσμα την έλλειψη μεταφοράς γνώσης μεταξύ τέτοιων θεμελιωδών τομείς της φυσικής της συμπυκνωμένης ύλης όπως ο μαγνητισμός και η υπεραγωγιμότητα», λέει ο Oleksandr Dobrovolskiy, επικεφαλής του SuperSpin Lab στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης. «Στην ομάδα μας, ηγούμαστε έργα και στους δύο αυτούς επίκαιρους τομείς και στόχος του προοπτικού μας άρθρου ήταν να οικοδομήσουμε μια «γέφυρα» μεταξύ των κοινοτήτων μαγνητισμού και υπεραγωγιμότητας,
«Στα μαγνητικά υλικά, η γεωμετρικά σπασμένη συμμετρία παρέχει μια νέα εργαλειοθήκη για την προσαρμογή της ανισοτροπίας και των χειρόμορφων αποκρίσεων που προκαλούνται από την καμπυλότητα», λέει ο Denys Makarov, επικεφαλής του τμήματος Ευφυών Υλικών και Συστημάτων στο Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. “Η δυνατότητα συντονισμού μαγνητικών αποκρίσεων σχεδιάζοντας τη γεωμετρία ενός σύρματος ή μιας μαγνητικής λεπτής μεμβράνης είναι ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα του καμπυλόγραμμου μαγνητισμού, ο οποίος έχει σημαντικό αντίκτυπο στη φυσική, την επιστήμη των υλικών και την τεχνολογία. Επί του παρόντος, κάτω από την ομπρέλα του. Το θεμελιώδες πεδίο του καμπυλόγραμμου μαγνητισμού περιλαμβάνει τον καμπυλόγραμμο σιδηρο- και αντισιδηρομαγνητισμό, την καμπυλόγραμμη μαγνονική και την καμπυλόγραμμη σπιντρονική».
«Η βασική διαφορά στην επίδραση της καμπυλόγραμμης γεωμετρίας στους υπεραγωγούς σε σύγκριση με τους (αντι-)σιδηρομαγνήτες έγκειται στην υποκείμενη φύση της παραμέτρου τάξης», διευρύνει ο Oleksandr Dobrovolskiy. «Δηλαδή, σε αντίθεση με τα μαγνητικά υλικά, για τις οποίες οι ενεργειακές συναρτήσεις περιέχουν χωρικές παραγώγους διανυσματικών πεδίων, η περιγραφή των υπεραγωγών βασίζεται επίσης στην ανάλυση ενεργειακών συναρτήσεων που περιέχουν χωρικές παραγώγους βαθμωτών πεδίων. Ενώ στον μαγνητισμό η παράμετρος τάξης είναι η μαγνήτιση (διάνυσμα), για μια υπεραγώγιμη κατάσταση η απόλυτη τιμή της παραμέτρου τάξης έχει μια φυσική σημασία του υπεραγώγιμου ενεργειακού κενού (βαθμωτό). Στο μέλλον, η επέκταση των δομών υβριδικών (αντι) σιδηρομαγνητών/υπεραγωγών στην τρίτη διάσταση θα επιτρέψει τη διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των φαινομένων καμπυλότητας σε συστήματα που διαθέτουν παραμέτρους διανυσματικής και κλιμακωτής τάξης. Ωστόσο, αυτή η πρόοδος βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη πειραματικών και θεωρητικών μεθόδων και στη βελτίωση των υπολογιστικών δυνατοτήτων».
Προκλήσεις για έρευνες καμπυλόγραμμων και τρισδιάστατων νανομαγνητών και υπεραγωγών
Γενικά, τα αποτελέσματα της καμπυλότητας και της στρέψης αναμένονται όταν τα μεγέθη ή τα χαρακτηριστικά του συστήματος γίνουν συγκρίσιμα με τις αντίστοιχες κλίμακες μήκους. Μεταξύ των διαφόρων τεχνικών νανοκατασκευής, η συγγραφή σύνθετων τρισδιάστατων νανο-αρχιτεκτονικών με δέσμες εστιασμένων σωματιδίων έχει παρουσιάσει την πιο σημαντική πρόοδο τα τελευταία χρόνια, μετατρέποντας αυτές τις μεθόδους σε τεχνικές επιλογής για βασικές και προσανατολισμένες σε εφαρμογές μελέτες στον τρισδιάστατο νανομαγνητισμό και την υπεραγωγιμότητα. . Ωστόσο, η προσέγγιση των σχετικών κλιμάκων μήκους στο εύρος των χαμηλών nm (μήκος ανταλλαγής σε σιδηρομαγνήτες και μήκος υπεραγώγιμης συνοχής σε νανοτυπωμένους υπεραγωγούς) εξακολουθεί να είναι πέρα από τις τρέχουσες πειραματικές δυνατότητες. Την ίδια στιγμή, Γίνονται διαθέσιμες εξελιγμένες τεχνικές για τον χαρακτηρισμό των μαγνητικών διαμορφώσεων και τη δυναμική τους σε νανοδομές πολύπλοκου σχήματος, συμπεριλαμβανομένης της νανοτομογραφίας διανύσματος ακτίνων Χ και της τρισδιάστατης απεικόνισης με μαλακή πλαστικοποίηση ακτίνων Χ. Παρόμοιες μελέτες υπεραγωγών είναι πιο λεπτές καθώς απαιτούν κρυογονικές συνθήκες, κάνοντας ελκυστικές για την ανάπτυξη τέτοιων τεχνικών τα επόμενα χρόνια.
Ακολουθήστε μας στα κοινωνικά δίκτυα facebook, twitter, instagram, youtube, και στο Google news. Διαβάστε την e-enimerosi.com για να ενημερώνεστε για όλα τα νέα, από την Ελλάδα και τον κόσμο, κάνετε εγγραφή στην σελίδα και πατήστε το καμπανάκι για να ενημερώνεστε πρώτοι έγκαιρα και έγκυρα.