Magneettinen ja ei-magneettinen materiaali

Kuvassa rautasulfidikide, joka on kasvatettu Minnesotan yliopiston laboratoriossa erittäin puhtaaksi kemiallisella höyrykuljetuksella. Huomaa "kultainen" kiilto, joka on ominaista pyriitille tai kissankullalle.

Minnesotan yliopiston tutkijat ja insinöörit ovat uudessa läpimurtotutkimuksessaan muuttaneet sähköisesti runsaan ja edullisen ei-magneettisen materiaalin rautasulfidin, joka tunnetaan myös nimellä ”kissankulta” tai pyriitti, magneettiseksi materiaaliksi.

Tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat koskaan sähköisesti muuttaneet täysin ei-magneettisen materiaalin magneettiseksi, ja se voisi olla ensimmäinen askel luomalla arvokkaita uusia magneettimateriaaleja energiatehokkaampiin tietokoneiden muistipiireihin.

Temppua on aiemmin pidetty mahdottomana mutta tarkasteltuaan aihetta hiukan syvemmälle, ”näimme kuitenkin potentiaalisen reitin ja saimme sen tapahtumaan”, kertoo tutkimuksen vetäjä Chris Leighton yliopistonsa tiedotteessa.

Leighton ja hänen kollegansa ovat tutkineet rautasulfidia tai ”kissankultaa” yli kymmenen vuoden ajan ajatellen mahdollista käyttöä aurinkokennoissa. Aihe ei tuottanut menestystä ja tutkijat päätyivätkin tutkimaan itse rautasulfidimateriaalia yrittäessään selvittää halpojen, myrkyttömien aurinkokennojen perustavanlaatuisia esteitä", Leighton toteaa.

”Samaan aikaan ryhmäni työskenteli myös kehittyvällä magnetoinnin alueella, jossa yritämme käyttää sähköjännitteitä materiaalien magneettisten ominaisuuksien hallitsemiseksi mahdollisissa magneettisissa muistipiirien sovelluksissa. Jossain vaiheessa tajusimme, että meidän pitäisi yhdistää nämä kaksi tutkimussuuntaa ja se kannatti.”

Leightonin mukaan heidän tavoitteenaan oli manipuloida materiaalien magneettisia ominaisuuksia pelkästään jännitteellä. Tähän mennessä ferromagneettisuuden kytkemisessä päälle ja pois onkin onnistuttu erilaisissa magneettisissa ja antimagneettisissa materiaaleissa.

Rautasulfidi tarjosi kuitenkin mahdollisuuden indusoida sähköisesti ferromagneettisuutta täysin ei-magneettisessa materiaalissa.

Tutkimustyössä diamagneettisen rautasulfidimateriaali pantiin laitteeseen, joka oli kosketuksessa ionisen liuoksen tai elektrolyytin kanssa. Vain yhden voltin jännitteellä he liikuttivat positiivisesti varautuneita molekyylejä elektrolyytin ja rautasulfidin väliseen rajapintaan ja aiheuttivat magnetismin. He pystyivät myös palauttamaan materiaalin ei-magneettiseen tilaansa poistamalla jännitteen, mikä tarkoittaa, että ne voivat palauttaa magneettisuuden päälle ja pois päältä.

"Olimme aika yllättyneitä siitä, että se toimi", Leighton sanoo. ”Jännitettä käyttämällä kaadetaan olennaisesti elektroneja materiaaliin. Osoittautuu, että jos saat riittävän korkeat elektronipitoisuudet, materiaali haluaa tulla spontaanisti ferromagneettiseksi, jonka pystyimme ymmärtämään teoreettisesti. Tällä on paljon potentiaalia. Tehtyämme sen rautasulfidilla, uskomme, että voimme tehdä sen myös muiden materiaalien kanssa.”

Leighton kertoi, että he eivät olisi koskaan kuvitelleet kokeillaan tätä lähestymistapaa, ellei hänen ryhmänsä tutkimuksessa olisi tutkittu rautasulfidia aurinkokennoille ja työtä magnetoinnista. "Se oli kahden tutkimusalueen täydellinen yhdentyminen", hän sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Sähkö ja magnetismi löysivät toisensa

Uudenlainen magnetosähköinen ilmiö