تم اكتشاف تأثير مغناطيسي كهربائي جديد غريب في بلورة متناظرة

(Oxygen / Moment / Getty Images)

المغناطيسية والكهرباء مرتبطان ببعضهما البعض بطرق غريبة ورائعة في جميع أنحاء العلم ، بما في ذلك الرائعة تأثير مغناطيسي كهربائي ملحوظة في بعض البلورات - حيث يمكن أن تتأثر الخواص الكهربائية للبلورة بمجال مغناطيسي ، والعكس صحيح.

الآن أصبحت الأمور أكثر غرابة ، لأن العلماء اكتشفوا تأثيرًا مغناطيسيًا كهربائيًا جديدًا في بلورة متناظرة - ولا ينبغي أن يكون ذلك ممكنًا.

تم العثور على التأثير في نوع معين من الكريستال يسمى أ لانجازيت ، والتي تتكون من اللانثانم والغاليوم والسيليكون والأكسجين ، بالإضافة إلى هولميوم ذرات.

الأهم من ذلك ، أن هذه البلورة المعينة لها هيكل متماثل ، يُعتقد أنه يستبعد إمكانية وجود صلة بين المغناطيسية والكهرباء.

ما إذا كانت الخصائص الكهربائية والمغناطيسية للبلورة مقترنة أم لا تعتمد على التناظر الداخلي للبلورة ، يقول الفيزيائي أندريه بيمينوف من جامعة فيينا للتكنولوجيا (TU Wien) في النمسا.

إذا كانت البلورة تتمتع بدرجة عالية من التناظر ، على سبيل المثال ، إذا كان أحد جوانب البلورة هو بالضبط صورة المرآة للجانب الآخر ، فعندئذٍ لأسباب نظرية لا يمكن أن يكون هناك تأثير مغناطيسي كهربائي.

في هذه الحالة ، كان الأمر مختلفًا: لم يكن الكريستال المتماثل قادرًا على إنتاج تأثير كهرومغناطيسي فحسب ، بل كان نوعًا من التأثير لم يسبق له مثيل.

يقول العلماء إنه بينما تم الاحتفاظ بالتناظر بالمعنى الهندسي ، فإن مغناطيسية ذرات الهولميوم كسرت التناظر ، مما أتاح تأثيرًا انحرف إلى عالم فيزياء الكم.

كان هذا الانقطاع يعني أن الاستقطاب كان ممكنًا ، حيث يتم إزاحة الشحنات الموجبة والسالبة في البلورة قليلاً.

يمكن القيام بذلك بسهولة عن طريق مجال كهربائي ، ولكن مع langasite يمكن أن يتم ذلك باستخدام مجال مغناطيسي أيضًا ، واتضح أن المفتاح هو قوة المجال المغناطيسي.

'الهيكل البلوري متماثل لدرجة أنه لا ينبغي أن يسمح في الواقع بأي تأثير مغناطيسي كهربائي' يقول بيمينوف . 'وفي حالة المجالات المغناطيسية الضعيفة ، لا يوجد بالفعل اقتران على الإطلاق بالخصائص الكهربائية للبلورة.'

لكن إذا قمنا بزيادة قوة المجال المغناطيسي ، يحدث شيء رائع: تغير ذرات الهولميوم حالتها الكمومية وتكتسب عزمًا مغناطيسيًا. هذا يكسر التناظر الداخلي للبلورة.

بينما أظهر langasite علاقة خطية بين الاستقطاب وقوة المجال المغناطيسي ، وهو أمر طبيعي ، فإن العلاقة بين الاستقطاب واتجاه المجال المغناطيسي لم تكن طبيعية على الإطلاق - كانت غير خطية بقوة.

هذا هو الجانب الجديد تمامًا ، وهو أن مجرد تغيير بسيط في دوران المجال المغناطيسي يمكن أن يحدث تغييرًا كبيرًا في تأثير الاستقطاب الكهربائي.

تتمثل الخطوة التالية للباحثين في معرفة ما إذا كان هذا التأثير المكتشف حديثًا يعمل في الاتجاه المعاكس أيضًا ، مما يؤدي إلى تغيير الخصائص المغناطيسية في مجال كهربائي.

قد يبدو هذا كثيرًا من الفيزياء المتطورة - وهو كذلك - ولكن هناك تطبيقات في العالم الحقيقي من حيث حفظ وتخزين بيانات الكمبيوتر. التأثير الكهرومغناطيسي مهم أيضًا لأنواع مختلفة من تقنيات المستشعرات.

'في الذكريات المغناطيسية مثل الأقراص الصلبة للكمبيوتر ، هناك حاجة إلى المجالات المغناطيسية اليوم ،' يقول بيمينوف .

يتم إنشاؤها باستخدام ملفات مغناطيسية ، الأمر الذي يتطلب قدرًا كبيرًا نسبيًا من الطاقة والوقت. إذا كانت هناك طريقة مباشرة لتبديل الخصائص المغناطيسية لذاكرة الحالة الصلبة بمجال كهربائي ، فسيكون هذا اختراقًا.

تم نشر البحث في المواد الكمومية NPJ .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.