Znanstvenici otkrivaju novi način pretvorbe topline okoliša u gibanje u uređajima nanočasa

Global Warming or a New Ice Age: Documentary Film (Lipanj 2019).

Anonim

Tim znanstvenika pronašao je novi način pretvorbe topline okoline u nano nanosmjerne uređaje - otkriće koje bi moglo otvoriti nove mogućnosti za skladištenje podataka, senzore, nanomotore i druge aplikacije u sve većem svijetu elektronike.

U novom članku objavljenom danas u časopisu Nature Materials, međunarodni tim istraživača iz različitih instituta uključujući Sveučilište u Glasgowu i Sveučilištu u Exeteru u Velikoj Britaniji, kao i od ETH Züricha i Paul Scherrer Institute u Švicarskoj, opisuju kako su stvorili magnetskom sustavu sposobnom za ekstrakciju toplinske energije na nanoskopu, koristeći koncept zupčanika poznatog kao zupčanik i okretanje magnetske energije u usmjerenu rotaciju magnetizacije.

Termalni ratchet je realiziran u materijalu poznatoj pod nazivom "umjetni ledeni led", napravljen od sklopa sitnih nanomagneta od Permalloy, legure nikla i željeza. Pojedinačne nanomagne mreže duga su samo 470 nanometara (ili oko 200 puta manja od promjera ljudska kosa) i 170 nanometara širine, sa samo jednom magnetskom domenom, tj. magnetizaciju može samo usmjeriti u jednom od dva smjera duž duljine magneta. Nakon korištenja vanjskog magnetskog polja za određivanje magnetizacije u određenom smjer ", istraživači su primijetili da se magnetizacija okreće u samo jednoj od dva moguća smjera, bez očiglednog razloga zašto bi se jedan način trebao preferirati nad drugim.

Sebastian Gliga, glavni autor studije i Marie Curie Research Fellow na Sveučilištu u Glasgowu, prisjeća se: "Sustav koji smo proučili bio je umjetni ledeni led, klasa geometrijski frustriranih magnetskih materijala.

"Bili smo iznenađeni kad smo vidjeli da se geometrija interakcija može prilagoditi kako bi se postigao aktivni materijal koji pokazuje dinamičnu kiralnost i time djeluje kao trzaj". Kiralnost znači da objekt izgleda drugačije od svoje zrcalne slike, poput naših lijeva i desnih ruku. Kiralnost se također može pojaviti u pokretu: najpoznatiji primjer je rattleback, vrh u obliku čamca koji preferira vrtnju u jednom smjeru.

Profesor Robert Stamps sa Sveučilišta Manitoba (prethodno na Sveučilištu u Glasgowu) istaknuo je da su svojstva rubova skupštine koja određuju ponašanje termičkog ratcheta. "Sumnjali smo od početka da granice snažno utječu na magnetsko naručivanje i dinamiku".

Bila je to ideja i prijedlog geometrije iz Prof. Marketa što je na kraju dovelo do intrigantnog ponašanja koje su mjerili istraživači.

Međutim, mehanizam koji je doveo do promatranog ponašanja nije bio očit, a samo numeričkim modeliranjem precizna uloga rubova postala je jasna. Prema riječima profesora Gina Hrkača, drugog autora izvješća sa Sveučilišta Exeter i istraživača Royal Society Research, "Pokušali smo dosta vremena shvatiti kako sustav funkcionira prije no što smo shvatili da rubovi stvaraju asimetrični energetski potencijal". Ta se asimetrija odražava u raspodjeli magnetskog polja na granicama nanomagnetskog polja i uzrokuje da se magnetizacija rotira u željenom smjeru.

Da bi se slika evolucija magnetskog stanja sustava, znanstvenici su koristili rendgenske snimke i tzv. X-ray magnetsko kružno dikroično djelovanje. Mjerenja su provedena na izvornom izvoru svjetlosti sinkrotrona Swiss Light Source na Institutu Paul Scherrer u Švicarskoj i na Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory u Sjedinjenim Američkim Državama.

Prema profesorici Laura Heyderman iz ETH Züricha i Instituta Paul Scherrer: "Umjetni ledeni led obično se koristi za odgovor na znanstvena pitanja, primjerice o fizici frustracije, ovo je lijepa demonstracija kako umjetni led spin može biti funkcionalni materijal i pruža korak prema aplikacijama. "

Ovi nalazi stvaraju neočekivani put pretvaranja magnetske energije u usmjereno gibanje magnetizacije. Učinak koji se sada nalazi u dvodimenzionalnim magnetskim strukturama dolazi s obećanjem da će biti od praktične upotrebe u uređajima nanočlane, kao što su magnetski nanomotori, aktuatori ili senzori. Doista, budući da je kutni zamah konzerviran i spin je vrsta kutnog momenta, promjena magnetskog momenta sustava može u principu izazvati fizičku rotaciju sustava (kroz Einstein-de Haas efekt). Može se nalaziti iu aplikacijama u magnetskoj memoriji gdje se bitovi mogu pohraniti pomoću lokalnog grijanja laserskim impulsima.

Rad pod naslovom "Emergentna dinamička kiralnost u termički upravljanom umjetnom spin ratchet", objavljen je u Nature Materials.

menu
menu