أجرى علماء من مختبر أميس الوطني ومختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية تحقيقًا متعمقًا للمادة الطوبولوجية ذات الطبقات "Kagome TbMn6Sn6" لفهم خصائصها المغناطيسية بشكل أفضل. يمكن أن تؤثر هذه النتائج على التطورات التكنولوجية المستقبلية في الحوسبة الكمومية ، ووسائط التخزين المغناطيسية ، وأجهزة الاستشعار عالية الدقة.
تمت مناقشة البحث في مقال بعنوان "مقاييس الطاقة المغناطيسية المتنافسة ذات درجات الحرارة المنخفضة في المغناطيس الحديدي الطوبولوجي TbMn6Sn6" ، المنشور في Physical Review X. إن "kagome" هي نوع من المواد التي يأخذ هيكلها اسمها من تقنية نسج السلال اليابانية التقليدية. . ينتج النسج نمطًا من الأشكال السداسية المحاطة بمثلثات والعكس صحيح. يعيد ترتيب الذرات في معادن كاغومي إنتاج فكرة النسيج. هذه الميزة تجعل الإلكترونات الموجودة في المادة تتصرف بطرق فريدة.
سلة Kagome
هيكل Kagome
المواد الصلبة لها خصائص كهرومغناطيسية يتحكم فيها هيكل النطاق الإلكتروني. تعتمد بنية النطاق بشدة على هندسة الشبكة الذرية ، وفي بعض الأحيان ، يمكن أن تتخذ العصابات أشكالًا معينة ، مثل الأقماع. هذه الأشكال الخاصة ، التي تسمى السمات الطوبولوجية ، مسؤولة عن السلوك الفريد للإلكترونات في هذه المواد. يؤدي هيكل Kagome ، على وجه الخصوص ، إلى خصائص معقدة وقابلة للتعديل في النطاقات الإلكترونية.
يمكن أن يساهم استخدام الذرات المغناطيسية لبناء شبكة من هذه المواد ، مثل Mn في TbMn6Sn6 ، في إحداث سمات طوبولوجية. أوضح Rob McQueeney ، عالم Ames Lab ومدير المشروع ، أن المواد الطوبولوجية " لها خاصية خاصة ، تحت تأثير المغناطيسية ، يمكن الحصول على التيارات المتدفقة على طول حافة المادة ، الخالية من التبديد. ، مما يعني أن الإلكترونات لا تشتت ولا تبدد الطاقة " .
سعى الفريق إلى فهم مغناطيسية TbMn6Sn6 بشكل أفضل واستخدم الحسابات وبيانات تشتت النيوترونات التي تم جمعها بواسطة Oak Ridge Spallation Neutron Source لإجراء تحليلهم. شرح سايمون ريبروليس ، باحث ما بعد الدكتوراه في Ames Lab وعضو في فريق المشروع ، التقنية التجريبية التي استخدمها الفريق. تتضمن هذه التقنية حزمة من الجسيمات النيوترونية تُستخدم للتحقق من صلابة الترتيب المغناطيسي. وقال "طبيعة وقوة التفاعلات المغناطيسية المختلفة الموجودة في المواد يمكن تحديدها باستخدام هذه التقنية".
وجدوا أن TbMn6Sn6 له تفاعلات متنافسة بين الطبقات ، أو ما يسمى المغناطيسية المحبطة. "عادةً ما يعني هذا أنه إذا قمت بتشغيله ، يمكنك إجباره على القيام بأشياء مختلفة. ولكن ما اكتشفناه في هذه المادة هو أنه حتى لو كانت هناك تفاعلات متنافسة ، فهناك تفاعلات أخرى سائدة ".
هذا هو أول تحقيق مفصل يتم نشره في الخصائص المغناطيسية لـ TbMn6Sn6. قال ريبروليس: "في البحث ، يكون الأمر مثيرًا دائمًا عندما تفهم شيئًا جديدًا أو تقيس شيئًا لم يسبق رؤيته من قبل أو تم فهمه جزئيًا أو مختلفًا".
أوضح McQueeney و Riberolles أن نتائجهم تشير إلى أنه يمكن ضبط المادة لخصائص مغناطيسية محددة ، على سبيل المثال عن طريق تغيير Tb إلى عنصر أرضي نادر مختلف ، مما قد يغير مغناطيسية المركب. يمهد هذا البحث الأساسي الطريق للتقدم المستمر في اكتشاف معادن كاغومي.
هذه ليست سوى الخطوة الأولى التي اتخذت. من المحتمل أن يتم تطبيق نتائج هذا البحث على قائمة أطول من القائمة أعلاه. تعمل المغناطيسات الكهربائية والملفات أو الأسلاك الكهربائية التي تدور حول شيء ما على إنشاء مجال مغناطيسي. المشكلة الأساسية هي أن هذه الأسلاك طويلة وتعاني من "فقدان الخط" مثل الحرارة. يتم استخدام الملايين من المولدات القائمة على الأسلاك النحاسية اليوم. إن استخدام موصل معدني بهيكل Kagome يعني تقليل الخسائر الكهربائية وتحويلها إلى حرارة إلى أدنى حد ممكن. احتمال توفير الطاقة ضخم.
تعمل هذه المغناطيسات على تشغيل المحركات والمحولات التي تعمل على توفير الطاقة للمنازل والشركات ، بالإضافة إلى قائمة ضخمة من التطبيقات الأخرى.
هذه وظيفة مهمة لتوفير الطاقة ولإتاحة المزيد من الطاقة لتقليل الكهرباء. نأمل أن يتم تسريع عمل هذا الفريق وتقديم نتائج أكبر وقابلة للتطوير في القريب العاجل.
بفضل قناة Telegram الخاصة بنا ، يمكنك البقاء على اطلاع دائم بنشر مقالات جديدة من السيناريوهات الاقتصادية.
يمكن أن تفتح مقالة اكتشاف Unan للمغناطيسية الباب أمام توفير كبير يأتي من ScenariEconomici.it .