Elektryczność i magnetyzm znów razem

Elektryczność i magnetyzm znów razem

Branże, takie jak nowoczesna mikroelektronika są oparte na interakcji pomiędzy materią i elektromagnetyzmem. Sygnały elektromagnetyczne mogą być przetwarzane i przechowywane w specjalnie dostosowanych do tego celu materiałach. W inżynierii materiałowej, efekty elektryczne i magnetyczne są zazwyczaj badane oddzielnie. Istnieją, jednak nadzwyczajne materiały zwane multiferroikami, w których wzbudzenia elektryczne i magnetyczne są ze sobą ściśle powiązane. Naukowcy z Wiedeńskiego Uniwersytetu Techniki (TU Wien) wykazali w eksperymencie, że właściwości magnetyczne oraz wzbudzenia mogą wpływać na poziom napięcia elektrycznego. To otwiera zupełnie nowe możliwości dla elektroniki przy wysokich częstotliwościach.

To fakt znany od dawna, że elektryczność i magnetyzm są dwiema stronami tego samego medalu. Fale w wolnej przestrzeni, takie jak światło widzialne lub promieniowanie telefonu komórkowego, zawsze składają się z fali elektrycznej i magnetycznej. Jednak, jeśli chodzi o właściwości materiałów, elektryczność i magnetyzm zawsze były postrzegane jako odrębne zagadnienia.

Magnes wytwarza pole magnetyczne, jednak nie tworzy pola elektrycznego. W krysztale piezoelektryku możliwe jest, z kolei wytworzenie pola elektrycznego, ale nie uda się w nim znaleźć źródła żadnych pól magnetycznych. Posiadanie możliwości tworzenia obu w tym samym czasie wydawało się niemożliwe. „Zazwyczaj oba efekty są tworzone w bardzo różny sposób." , powiedział profesor Andrei Pimenow z TU Wien . „Pole magnetyczne związane jest z dostosowaniem odpowiednich momentów magnetycznych elektronów, pole elektryczne pochodzi z dodatnich i ujemnych ładunków poruszających się względem siebie."

W 2006 roku, Andriej Pimenow znalazł dowód na to, że pole magnetyczne może być tworzone w parze z elektrycznym. Materiały, które na to pozwalają nazwano elektromagnonami. Teraz Pimenowi i jego zespół udało się wzbudzić takie pola w specjalnie wykonanym materiale z dysprozu, manganu i tlenu (DyMnO3).

W materiale tym wiele elektronów dostosowuje swoje momenty magnetyczne w niskich temperaturach. Każdy elektron ma kierunek magnetyczny, który jest lekko zniekształcony w stosunku do sąsiedniego elektronu. Dzięki temu tworzą one spiralę momentów magnetycznych. Spirala ta ma dwa możliwe kierunki ruchu i, o dziwo, zewnętrzne pole elektryczne może przełączać się pomiędzy tymi dwoma możliwościami.

W materiałach magneto-elektrycznych, ładunki i momenty magnetyczne atomów są połączone. W tlenku manganu dysprozu, to połączenie jest szczególnie silne. „Kiedy momenty magnetyczne są zachwiane, ładunki elektryczne również się poruszają.", powiedział Pimenow. Oba tworzone, w ten sposób, są ze sobą ściśle skorelowanie. Efekt ten został wykazany przez wysłanie w kierunku materiału promieniowania terahercowego.

Istnieje wiele pomysłów dla przyszłych zastosowań. W każdym przypadku pożądane jest, aby połączyć odpowiednie zalety efektów magnetycznych i elektrycznych. Może to prowadzić do nowych rodzajów wzmacniaczy, tranzystorów lub urządzeń do przechowywania danych. Ponadto, z wykorzystaniem elektromagnonów możliwe jest skonstruowanie bardziej czułych sensorów.

(rr)