ידענים: כימיה

מאת 31 ביולי 2012 אין תגובות

באופן רגיל, חומר יכול להיות או מגנטי או מקוטב חשמלית, אולם לא שניהם בו זמנית. כעת, חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק גילו חומר היכול להיות הן מגנטי והן מקוטב חשמלית
דר. נחמני משה

חוקרים גילו כי בחומר TbFeO3 קיים שדה מגנטי שבו השינוי בכיוון הספין לאורך קו מסוים של האטומים מתרחש בפתאומיות. בתמונה התחתונה מתואר מתחם מגנטי שעוצמתו מתקבלת בעקבות הכמות הגדולה של מתחמים בעלי כיוון זהה. התמונה העליונה מתארת מתחמים המופיעים בחומרים רגילים יותר, שבהם הספין מסתובב בקצב איטי יותר מכיוון מעלה לכיוון מטה.

חוקרים גילו כי בחומר TbFeO3 קיים שדה מגנטי שבו השינוי בכיוון הספין לאורך קו מסוים של האטומים מתרחש בפתאומיות. בתמונה התחתונה מתואר מתחם מגנטי שעוצמתו מתקבלת בעקבות הכמות הגדולה של מתחמים בעלי כיוון זהה. התמונה העליונה מתארת מתחמים המופיעים בחומרים רגילים יותר, שבהם הספין מסתובב בקצב איטי יותר מכיוון מעלה לכיוון מטה.

באופן רגיל, חומר יכול להיות או מגנטי או מקוטב חשמלית, אולם לא שניהם בו זמנית. כעת, חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק גילו חומר היכול להיות הן מגנטי והן מקוטב חשמלית. החומר החדשני פותח צוהר לשלל אפשרויות חדשות, לדוגמה – בפיתוח חיישנים בתחומי הטכנולוגיה של העתיד. ממצאי המחקר פורסמו בכתב עת היוקרתי Nature Materials.

חומרים המסוגלים להיות הן מגנטיים והן מקוטבים חשמלית, ואשר עשויים לכלול תכונות נוספות, מכונים "multiferroics" (הערך בוויקיפדיה), כלומר – בעלי יותר מתכונת מגנטיות אחת ויחידה, והתגלו בעבר על ידי חוקרים רוסים בשנות השישים של המאה הקודמת. אולם, באותה התקופה לא הייתה קיימת הטכנולוגיה המתאימה לבדיקת חומרים אלו. רק כעת, בשנים האחרונות, התחילו החוקרים להתמקד שוב בבדיקת התכונות של חומרים אלו. היום קיימים מתקני מחקר המסוגלים לנתח את החומרים עד לרמה האטומית שלהם.

"חקרנו את תרכובת הברזל TbFeO3 שהיא תרכובת נדירה, המופיעה בטבע, בעזרת קרינת נויטרונים עוצמתית בשדה מגנטי, כאשר הטמפרטורה קוררה כמעט עד לאפס המוחלט – מינוס 271 צלזיוס. הצלחנו לזהות כי האטומים שבחומר מסודרים במבנה סריגי עקבי המורכב משורות של אטומי המתכת הכבדה טרביום (terbium) המופרדים ביניהם על ידי אטומי ברזל ואטומי חמצן. סריגים כאלו מוכרים במדע, אולם המתחמים המגנטיים שלהם חדשים. באופן רגיל, המתחמים המגנטיים מצויים בערבוביה, אולם אנו גילינו כי בחומר זה המתחמים ממוקמים בקו ישר, כעין חץ, והמרחקים ביניהם שווים. היינו המומים לחלוטין כאשר ראינו זאת," מסביר החוקר Kim Lefmann, פרופסור במרכז לננו-מדע באוניברסיטת קופנהגן.
"המודלים הממוחשבים מתארים מצב שבו דופנות הטרביום מגיבות אחת עם השנייה על ידי החלפת גלי ספין (מגנטיות) ביניהן, מגנטיות המועברת בעזרת סריג הברזל המגנטי. התוצאה היא כוח הדומה לכוח יוקאווה (Yukawa) הידוע מתחום פיזיקת החלקיקים והפיזיקה הגרעינית. כלומר – החומר הוא בעל אותם הכוחות המחזיקים יחדיו את החלקיקים בגרעין האטום," מסביר אחד מהחוקרים.
זו בדיוק האינטראקציה הזו שבין מתכת מעבר, הברזל, לבין היסוד הנדיר טרביום, שהינה בעלת תפקיד חשוב בחומר מגנטו-חשמלי זה. גלי הספין של אטומי הטרביום גורמים להגברה משמעותית בקיטוב החשמלי ויחסי הגומלין שבין היונים לבין היסודות מולידים את אחד מהאפקטים האלקטרו-חשמליים החזקים ביותר שנצפו אי-פעם בחומרים.

 

להודעה של החוקרים

הוספת תגובה

  • (will not be published)