Sukurti ypač retai gamtoje aptinkami magnetai su egzotiniu/naudingu elgesiu

„Kiekviena nanosalelė yra panaši į ant šaldytuvų lipdinamus magnetukus su šiaurės ir pietų poliais galuose, - pasakoja Nacionalinės Los Alamos laboratorijos fizikas Kristianas Nisolis (Cristiano Nisoli). - Tačiau skirtingai nei šaldytuvų magnetukai, nanosalelės gali pakeisti savo įmagnetėjimo kryptį sukeisdamos šiaurės ir pietų polius vietoms, tam reikia išorinių laukų arba šiluminių fliuktuacijų pagalbos. Kadangi šios nanosalelės formuoja bendrą darinį, jos tarpusavyje sąveikauja, o tai lemia kolektyvinį elgesį, kurį galima naudingai panaudoti.“

Konkretūs taikymai galėtų apimti tiek bendrąjį magnetizmą, pavyzdžiui, jutiklių gamybą, tiek informacijos įrašymą.

„Šis magnetas sukonstruotas taip, kad būtų tinkamas dimensiniam sumažinimui: šiuo atveju nuo dvimačio elgesio pereinama prie vienmačio, - toliau pasakojimą tęsia K. Nisolis. - Temperatūrai nukritus iki kambario temperatūros, magnetas iš standartinės būsenos pereina į egzotinę, kurioje pasireiškia dimensinis sumažinimas - ima formuotis tvarkingos ir netvarkingos juostelės, pasižyminčios skirtingu kinetiniu elgesiu. Tvarkingosios juostelės yra statiškos, o netvarkingosios - keičia savo įmagnetėjimo kryptį dėl šiluminių fliuktuacijų.“

Įdomu tai, kad šis elgesys nėra atsitiktinis. Pasirodo, jį galima nuspėti taikant vienmatį Izingo modelį - labai svarbų įrankį, padedantį suprasti fazinius virsmus. Šis teorinis įrankis domina fizikus jau daugiau nei 80 metų.

Magnetinės medžiagos, pasižyminčios egzotiniu/naudingu elgesiu, yra nepaprastai retos, dažniausiai gamtoje aptinkamos visiškai atsitiktinai. Be to, jų savybės paprastai pasireiškia esant labai žemoms temperatūroms, o tai stabdo jų praktinį pritaikymą.

Magnetų, pasižyminčių trokštamomis savybėmis tinkamoje temperatūroje, gamyba yra labai svarbi tiek moksliniu, tiek technologiniu požiūriu. „Šis darbas priskirtinas pastangoms sukurti magnetus, kurių norimas savybes galima sumodeliuoti“, - teigia mokslininkas.

Nors tyrėjų komanda šįkart apsiribojo paviene nanostruktūra, visai įmanomas variantas, jog magnetizmą galima sėkmingai suformuoti kaip kolektyvinį nanomagnetų elgesį.

Pristatytasis darbas iš tikrųjų prasidėjo dar 2006 metais, kuomet mokslininkai publikavo savo tyrimus žurnale „Nature“. Tuo metu jau buvo nemažai nuveikta tyrinėjant pavienių įvairios formos magnetinių nanostruktūrų elgesį.

„Mūsų tikslas buvo sudėti šiuos nanomagnetus į krūvą ir priversti juos tarpusavyje sąveikauti, kad galėtume išnaudoti jų kolektyvinį elgesį kuriant dirbtinius magnetus, kurie natūraliai neegzistuoja gamtoje“, - teigia K. Nisolis.

Nors gauti rezultatai buvo įkvepiantys, tyrėjų komanda labai greitai susidūrė su įvairiais iššūkiais: kaip atrinkti sistemas, kaip sukurti pastovius magnetinius rinkinius ir t. t. Vis dėlto jų darbas neliko nepastebėtas mokslo pasaulyje ir daugybė tyrėjų ėmėsi šių naujųjų struktūrų - įvairios grupės dabar dirba JAV, Vokietijoje, Šveicarijoje, Jungtinėje Karalystėje, Italijoje, Prancūzijoje, Ispanijoje, Australijoje, Rusijoje ir Brazilijoje. Tai iš dalies buvo naudinga, nes kilo naujų idėjų ir paspartėjo jų įgyvendinimas.

Paveikslėlyje: Tyrėjai sukūrė dirbtinį nanodydžio magnetą, suteikę jį sudarančioms nanosalelėms geometrinę formą, kuri paprastai neaptinkama natūraliuose magnetuose. Mažėjant temperatūrai mėlynosios magnetinės nanosalelės pereina į vienmatę, statinę ir tvarkingą būseną, tuo tarpu raudonosios ir toliau keičia įmagnetėjimą dėl šiluminio poveikio. Medžiaga tampa sudaryta iš tarpusavyje besikaitaliojančių tvarkingų ir netvarkingų juostelių.