Z tego artykułu dowiesz się:
- Jaki przełomowy materiał magnetyczny, wzorowany na grafenie, został stworzony przez naukowców?
- Jakie nieoczekiwane powiązania matematyczne między obszarami fizyki materii skondensowanej zidentyfikowano?
- W jaki sposób właściwości elektroniczne i magnetyczne dwuwymiarowych materiałów są ze sobą powiązane?
- Jakie istotne rozróżnienia w złożoności nowego systemu magnonicznego zostały zaobserwowane przez badaczy?
Elektroniczne i magnetyczne właściwości materiałów dwuwymiarowych mają ogromny potencjał dla przyszłych technologii – informuje SciTechDaily. Przez wiele lat naukowcy traktowali te dwa zjawiska jako niezwiązane ze sobą. Inżynierowie z University of Illinois Grainger College of Engineering pokazali jednak, że można je opisać za pomocą tego samego aparatu matematycznego.
Naukowcy odkryli magnetyczny materiał działający jak grafen
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Physical Review X” naukowcy z University of Illinois wykazali, że starannie zaprojektowane dwuwymiarowe układy magnetyczne mogą podlegać tym samym równaniom, które opisują ruch elektronów w grafenie. To odkrycie może wpłynąć na rozwój technologii radiowych wysokiej częstotliwości oraz zaoferować naukowcom nową strategię analizy i projektowania takich materiałów.
Czytaj więcej
Naukowcy z Georgia Institute of Technology opracowali pierwszy na świecie działający chip wykonany z grafenu. Dotychczas wydawało się to niemożliwe...
Bobby Kaman, główny autor badania, uważa, że elektronika dwuwymiarowa jest bardzo dobrze poznana dzięki odkryciu grafenu, a teraz jego zespół pokazał, iż znacznie słabiej zbadana klasa materiałów podlega tym samym fundamentalnym prawom fizyki.
Pomysł pojawił się, gdy Kaman – doktorant z zakresu inżynierii materiałowej w zespole badawczym profesora Axela Hoffmanna – zajmował się metamateriałami. Są to materiały projektowane tak, aby dzięki specjalnie zaprojektowanej strukturze wewnętrznej wykazywały właściwości, których nie posiadają w swojej naturalnej strukturze atomowej.
Elektrony poruszające się w grafenie oraz niewielkie zaburzenia magnetyczne w tzw. materiałach magnonicznych mogą zachowywać się jak fale. To podobieństwo skłoniło Kamana do zastanowienia się, czy można zaprojektować materiał magnoniczny tak, aby naśladował zachowanie elektronów w grafenie.
Czytaj więcej
Rosnąca góra plastikowych śmieci to nie tylko problem, ale i okazja. Naukowcy opracowali metodę przekształcania plastiku z butelek w materiał tward...
Aby sprawdzić tę hipotezę, zespół zbadał układ, w którym mikroskopijne momenty magnetyczne – zwane spinami – są uporządkowane w cienkiej warstwie materiału. Na jej powierzchni wykonano otwory ułożone w sześciokątny wzór przypominający strukturę grafenu.
Gdy naukowcy obliczyli energie zaburzeń przemieszczających się w tym materiale – tzw. fal spinowych – odkryli, że podlegają one tym samym regułom matematycznym, które opisują elektrony przemieszczające się w grafenie.
Nowy materiał może pomóc w miniaturyzacji technologii mikrofalowych
Układ okazał się bardziej złożony, niż początkowo zakładano. Analiza wykazała istnienie dziewięciu odrębnych pasm energetycznych, co oznacza, że materiał może jednocześnie wykazywać kilka różnych typów zachowania – pisze SciTechDaily. Jedno z nich dotyczy bezmasowych fal spinowych bardzo przypominających fale elektronowe w grafenie. System zawiera także pasma o małej dyspersji związane ze stanami zlokalizowanymi oraz efekty topologiczne pojawiające się w różnych pasmach.
Czytaj więcej
Powstał nowatorski materiał łączący właściwości ciał stałych i cieczy. Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technicznego Caltech są przekonani, że...
Badacze podkreślają, że ich odkrycie może doprowadzić do powstania praktycznych technologii, a także pogłębić zrozumienie podstaw fizyki. Jednym z potencjalnych zastosowań są elementy mikrofalowe wykorzystywane w systemach komunikacji bezprzewodowej i komórkowej.
Jednym z takich urządzeń jest tzw. cyrkulator mikrofalowy, który pozwala sygnałom radiowym rozchodzić się tylko w jednym kierunku. Zwykle urządzenia tego typu są duże, jednak badany przez inżynierów system magnoniczny może umożliwić miniaturyzację elementów mikrofalowych do skali mikrometrów.
