Felfedezték az anyag egy új állapotát, és ez valóban meredek távlatokat nyithat
2020 / 06 / 02 / Justin Viktor
Felfedezték az anyag egy új állapotát, és ez valóban meredek távlatokat nyithat
Az anyagnak négy fundamentális halmazállapotát ismerjük: létezik szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú és plazma állapotban lévő anyag. Ezeken kívül ott vannak a nem klasszikus állapotok, az extrém alacsony hőmérsékletű állapotfajták, a nagy, és külön a rendkívül nagy energiájú állapotok, melyek száma bizonytalan, és persze a javasolt új állapot-típusok. Mindösszesen 23 konkrét és 3-4 lehetséges állapotról beszélünk, na ehhez adjunk hozzá még egyet a most következő felfedezéssel. Egy nem akármilyet.

Spinüveg

A fizikusok az anyag egy új, örvénylő állapotát fedezték fel egy kémiai elemben, ami szerkezetileg elrendezett spinüvegként írható le. A normál mágnesekkel ellentétben a spinüvegben véletlenszerűen helyezkednek el az atomi szintű mágnesek, amelyek mindenféle különböző irányba mutatnak.


Az önindukált spinüvegek örvénylő mágnesekből állnak, amelyek különböző sebességgel keringnek és az idő múlásával folyamatosan átalakulnak. (Kép: Daniel Wegner)

Üveg, spinüveg, kristályszerkezet

A spinüveg olyan híg ötvözet, amelyben csekély mennyiségű mágneses anyaggal, (pl. vassal) ötvöznek egy nem mágneses anyagot (pl. aranyat), és amelyben a mágneses ötvöző atomok véletlenszerű diszperz eloszlásban helyezkednek el. A rend hiánya miatt ezek az anyagok üvegszerűek, míg a spin szó a mágneses tulajdonságra utal. Ezeknek az anyagoknak a mágneses viselkedése a hosszú távú rend hiánya miatt bonyolult és nehezen értelmezhető. A hőmérséklet növelésekor a mágneses szuszceptibilitásuk fázisátalakulásra utaló jellegzetes változást mutat.

A mágneses spin durván szólva az északi és a déli mágneses pólusok tájolása háromdimenziós térben. A ferromágneses szilárd anyagokban az alkotóelemek atomjainak mágneses spinjei ugyanabba az irányba állnak be. A spinüvegek, ellentétben a ferromágnesekkel, rendezetlen mágnesek, melyek atomjainak spinjei nem igazodnak szabályos mintázatba.

Az "üveg" kifejezés a spinüveg mágneses rendezetlensége és a hagyományos, kémiai üveg, - például egy ablaküveg - elhelyezkedés szerinti rendezetlensége közötti analógiából származik. Az ablaküvegben vagy bármilyen amorf szilárd anyagban, az atomi kötés szerkezete rendkívül szabálytalan, ezzel szemben a kristályok atomi kötések egységes mintázatát mutatják. A ferromágneses szilárd anyagokban, a mágneses spinek mind beállnak ugyanabban az irányban, ez analóg a kristály rácsos alapú szerkezetével.

Egy nemrégiben elvégzett kutatásban a tudósok megállapították, hogy a neodímium anyag olyan összetett mágneses módon viselkedik, amelyet a periódusos rendszer egyik elemében sem figyeltek még meg.

Az eredményekből született tanulmány szerint a Neodímium (Nd) kémiai elem önindukált spinüvegként viselkedik. Megállapították, hogy ez az elem apró, örvénylő mágnesek hullámzó tengeréből áll, melyek különböző sebességgel keringnek folyamatosan átalakulva. 

Miből lesz az MI

A tudósok szerint az ilyen mágneses viselkedés megértése segíthet megérteni a periódusos rendszer elemeit, és végül előkészítheti az utat a mesterséges intelligencia új anyagaihoz. A rendezetlen anyagokban, például mágneses ötvözetekben képződő spinüvegek lokálisan eltérő mágneses mintázatokkal rendelkeznek, és spin-kiegyenlítődésük számos nagyságrendet átölelő időskálán történik. 

Spinpolarizált pásztázó alagútmikroszkóp használatával a tudósok leképezték a mágnesességet a neodímium vastag, egykristályos filmjeinek felületén, a hőmérséklet és a mágneses mező függvényében. A strukturális rendezettség hiánya ellenére a degenerált mágneses hullámvektorok olyan spektrális eloszlását fedezték fel, amelyek térben és időben (spatiotemporálisan) változtak.

Daniel Wegner adjunktus azt találta, hogy a neodímium olyan komplex mágneses módon viselkedik, melyet soha senki nem látott még, a periódusos táblázat egyetlen eleménél sem. Elmondta: „Nijmegenben a pásztázó alagút mikroszkópia (STM) specialistái vagyunk. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy megismerjük az egyes atomok szerkezetét, és meg tudjuk állapítani az atomok északi és déli pólusát is. A nagy pontosságú képalkotás ezen fejlett alkalmazásával képesek voltunk megérteni a neodímium viselkedését, mert meg tudtuk figyelni a mágneses szerkezet hihetetlenül apró változásait is. Ezt nem volt könnyű feladat megtenni.” 

Csupán az első lépés...

Alexander Khajetoorians, a pásztázó szondás mikroszkópia professzora elmondta:  „Ez a felfedezés felveti annak a lehetőségét, hogy ezt a bonyolult üvegszerű, mágneses viselkedést számtalan új anyagban is megfigyelhessük, beleértve a periódusos rendszer többi elemét is. Finomítani fogja az anyag alapvető tulajdonságairól meglévő tankönyvi ismereteinket is. De bizonyítási teret is nyit majd új elméletek kifejlesztéséhez is, ahol a fizikát olyan más tudományterületekhez kapcsolhatjuk, mint például az elméleti idegtudomány.

A neodímium komplex evolúciója platform lehet a mesterséges intelligencia alapvető viselkedések lemásolásával történő fejlesztéséhez is. Az összetett minták, amelyek ebben az anyagban tárolhatók, összekapcsolhatók például a képfelismeréssel.”

...egy hosszú úton

Az MI fejlődésével és annak hatalmas energia-lábnyomával, egyre nő az igény olyan anyagok létrehozására, amelyek közvetlenül a hardverben tudják elvégezni az agyunk által végzettekhez hasonló feladatokat. Soha nem építhetünk emberi agy ihlette számítógépet egyszerű mágnesekkel, de az ilyen összetett viselkedésű anyagok már megfelelő jelöltek lehetnek.” A tanulmányt a Radboud Egyetem és az Uppsala Egyetem fizikusai készítették.

(Forrás: Sciencemag, Vilaglex Képek: Unsplash, Pexels)


Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.