Подписаться на новости
Отраслевые новости: В мире

Британские учёные создают магнетизм в немагнитных металлах

Британские учёные создают магнетизм в немагнитных металлах

29 января 2016, 17:24
Рубрика: В мире
Метки: ИННОВАЦИИ

Обсудить на форуме

2486 просмотров

Магниты находят многочисленные области применения, включая выработку электроэнергии в ветровых турбинах, запоминающих устройствах и рентгенографии. Однако всего лишь три металла – железо, кобальт и никель – являются природными ферромагнитными, то есть они остаются магнитными в отсутствии поля. Учёные из университета в Лидса – Leeds University (Великобритания) открыли метод создания магнетизма в металлах, которые не являются природными магнитами, тем самым, открывая возможность использования целого ряда новых материалов для магнитных применений.

В своей новой работе учёные - исследователи показали, как изменять характер немагнитных материалов путём удаления нескольких электронов при использовании поверхности раздела покрытого тонким слоем молекул углерода С60, который также известен как бакибол (buckyball) или классический фуллерен (кластерная углеродная структура, содержащая от 10 до 1000 атомов и по форме напоминающая футбольный мяч). Движение электронов между металлом и молекулами даёт возможность немагнитным материалам стать магнитными. Как утверждают учёные, этот метод открывает новые возможности для различных областей применения  во многих отраслях. Учёные из Лидского университета впервые продемонстрировали, как создавать магнетизм в металлах, не являющихся природными магнитами, что может положить конец нашей зависимости от некоторых редких и токсичных элементов, используемых в настоящее время.  Они подробно описали способ изменения квантовых взаимодействий вещества, используя математическое уравнение, которое определяет, являются ли элементы магнитными, называемое критерием Стонера (условие возникновения ферромагнетизма в системе коллективизированных электронов). Умение генерировать магнетизм в материалах, не являющихся естественно магнитными, открывает новые пути к устройствам, в которых изобилуют такие элементы как углерод и медь. Магниты применяются в промышленных целях и во многих технологических приложениях, включая выработку энергии в ветровых турбинах, в жёстких компьютерных дисках, а также в рентгенографии в медицине. 

Будущие технологии, такие как квантовые компьютеры, потребуют нового поколения магнитов с дополнительными свойствами для увеличения возможностей хранения и обработки данных. Как отметил один из учёных, это исследование – шаг вперёд на пути создания таких «магнитных метаматериалов», которые могут удовлетворить эту потребность. 

Несмотря на их широкое применение, при комнатной температуре только три элемента являются ферромагнитными - это означает, что они обладают высокой склонностью к тому, чтобы стать и остаться магнитными в отсутствии поля, в противоположность парамагнитным материалам, которые всего лишь слабо притягиваются к полюсам магнита и не сохраняют магнетизм самостоятельно. Эти ферромагнитные элементы – металлы железо, кобальт и никель. Такое малое разнообразие магнитных материалов ограничивает возможности приспосабливания магнитных систем для конкретных целей применения без использования очень редких или токсичных материалов. Создание устройств только с этими тремя естественно доступными для нас магнитными металлами можно сравнить со строительством небоскрёба только из кованого железа. Почему бы не добавить немного углерода и не сделать сталь?  

Условие, определяющее, является ли вещество ферромагнитным, называется критерием Стонера. Оно объясняет, почему железо ферромагнитное, а марганец – нет, даже притом, что эти элементы располагаются рядом в периодической таблице. Критерий Стонера был сформулирован профессором Эдмундом Клифтом Стонером, английским физиком-теоретиком, который работал в Лидском университете с 1930-х годов по 1960-е годы. В основании критерия лежит анализ распределения электронов в атоме и сила взаимодействия между ними. Элемент является ферромагнитным, если при умножении числа различных состояний, которые электроны занимают вокруг ядра атома (плотность состояний), на так называемое «обменное взаимодействие», результат должен быть больше, чем единица. Обменное взаимодействие относится к магнитному взаимодействию между электронами внутри атома, которое определяется ориентацией каждого магнитного «спина» - квантово-механического свойства, описывающего внутренний  кинетический момент, осуществляемый элементарными частицами, с только двумя вариантами: либо «вверх», либо «вниз». В новом исследовании учёные из Лидского университета показали, как изменить обменное взаимодействие и плотность состояний в немагнитных материалах путём удаления некоторых электронов с использованием границы раздела, покрытой тонким слоем молекул углерода C60, также называемых бакиболом. Движение электронов между металлом и молекулами даёт возможность немагнитному материалу преодолеть критерий Стонера. 

Научный руководитель проекта профессор Оскар Сеспедес (Oscar Cespedes) сказал, что после того, как было обнаружено, что создание такой молекулярной границы раздела изменяет поведение магнитов, следующим шагом было проверить, можно ли использовать молекулы также для того, чтобы придать магнитное упорядочение немагнитным металлам. Учёные отметили, что этот шаг был успешно продемонстрирован, но необходима дальнейшая работа для того, чтобы сделать эти синтетические магниты сильнее. Профессор Сеспедес говорит, что пока ещё нельзя воткнуть один из таких магнитов в ваш холодильник. Но уже есть уверенность в том, что, применяя этот способ с правильной комбинацией элементов, можно будет получить новую форму «дизайнерских» магнитов для настоящих и будущих технологических решений.  

Компания: RusCable.Ru

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно
Информация по заявке
Актуальность
Город
Текст по заявке
или прикрепите файл
Прикрепить файл
Контактные данные
Организация
E-mail
Телефон
Контактное лицо
Комментарий
Отраслевая Служба Заказов от RusCable.Ru
– это оперативный бесплатный сервис для покупателей КПП.

Стоит только заполнить форму слева и в течение нескольких минут Вашу заявку увидит около сотни компаний-поставщиков. Те организации, которые могут ответить указанным Вами требованиям, напрямую свяжутся с Вами.

Остались вопросы? Задайте их операторам Службы Заказов
тел.: 8 (495) 229 33 36
или e-mail: zakaz@kab.ru


Работайте быстро и без посредников, работайте с RusCable.Ru!