Το μαγνητικό ισοδύναμο του ηλεκτρισμού, που έχει ονομαστεί μαγνητοκτρισμός (magnetricity), αποδείχθηκε πειραματικά για πρώτη φορά. Ακριβώς όπως η ροή των ηλεκτρονίων παράγει ηλεκτρικό ρεύμα, έχουν παρατηρηθεί να περιφέρονται ελεύθερα μεμονωμένοι βόρειοι και νότιοι μαγνητικοί πόλοι, οι οποίοι δημιουργούν ένα μαγνητικό "ρεύμα".
Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη των "μαγνηττρόνικς", συμπεριλαμβανομένης και της μνήμης του υπολογιστή σε νανο-κλίμακα (κάτι σαν την τεχνολογία των σπιντρόνικς).
Οι μαγνήτες έχουν συνήθως δύο πόλους, βόρειο και νότιο, που είναι άρρηκτα συνδεδεμένοι. Αν κόψουμε στη μέση ένα μαγνήτη τότε το αποτέλεσμα είναι σε κάθε κομμάτι να αναπτυχθούν οι δικοί του βόρειος και νότιος πόλου. Αυτό ισχύει ακόμη και αν κόψετε ένα μαγνήτη σε μεμονωμένα άτομα, δεδομένου ότι κάθε ένα άτομο συμπεριφέρεται σαν ένας μικρός μαγνήτης με δύο πόλους.
Η νέα επιστημονική έρευνα είναι η πρώτη που αξιοποίησε τα μαγνητικά μονόπολα που υπάρχουν σε ορισμένους κρυστάλλους. Η ύπαρξη των μαγνητικών "φορτίων" είχε προβλεφθεί εδώ και περίπου 70 χρόνια, αλλά ποτέ μέχρι σήμερα δεν είχε παρατηρηθεί στην πράξη. Πρώτος που είχε προτείνει ότι οι πόλοι ενός μαγνήτη μπορούν να υπάρξουν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, ήταν ο διάσημος βρετανός φυσικός Πολ Ντιράκ το 1931.
Αριστερά: Στα παγωμένα σπιν, τα μαγνητικά ιόντα στο στοιχείο όλμιο αποτελείται συνήθως από δύο βόρειους και δύο νότιους πόλους που δείχνουν στο εσωτερικό των τετραέδρων, μια βασική μονάδα του στερεού πλέγματος.
Αν ανέβει η θερμοκρασία τότε τα ιόντα του όλμιου αλλάζουν προσανατολισμό του σπιν τους δημιουργώντας δύο όμοιους πόλους. Με μια μικρή ενέργεια μπορεί το ιόν μπορεί να μετακινηθεί δημιουργώντας ένα ντόμινο σαν το ηλεκτρικό ρεύμα που διαδίδεται μέσα στο στερεό
Όμως, οι φυσικοί θεωρούσαν ότι τα μαγνητικά μονόπολα – μεμονωμένοι πόλοι είτε ένας βόρειος είτε νότιος, που δεν θα δεσμεύονται όμως σε ζευγάρια και θα μπορούν να κινηθούν ανεξάρτητα μεταξύ τους – θα μπορούσαν να σχηματιστούν μέσα σε ένα κρυσταλλικό υλικό, που ονομάζεται παγωμένο σπιν (spin ice).
Τα μεμονωμένα άτομα θα εξακολουθούν να έχουν τόσο βόρειο όσο και νότιο πόλο. Αλλά κάποια σχήματα (όπως τα παραπάνω) θα διαδίδονται μέσα στο υλικό και θα μοιάζουν σαν να περιφέρονται οι μαγνητικοί πόλοι τριγύρω. Αυτά τα πρότυπα σχήματα είναι κανονικά μονόπολα.
Τον Σεπτέμβριο, δύο ομάδες φυσικών πυροδότησαν νετρόνια πάνω σε παγωμένο σπιν φτιαγμένο από τιτάνιο – που περιέχουν ενώσεις διατηρημένες κοντά στο απόλυτο μηδέν. Η συμπεριφορά των νετρονίων υποδείκνυε ότι ήταν παρόντα στο υλικό μαγνητικά μονόπολα.
Τώρα, μια άλλη ομάδα κατάφερε να μετρήσει την ποσότητα του μαγνητικού "φορτίου" στα μονόπολα και να μετρήσει για πρώτη φορά μαγνητικό ανάλογο με ηλεκτρικό ρεύμα. Η ομάδα αυτή ονόμασε την κίνηση και την αλληλεπίδραση των μονόπολων "μαγνητοκτρισμός".
Το πείραμα, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, και είχε επικεφαλής τον Steven Bramwell του Κέντρου για τη νανοτεχνολογία στο Λονδίνο. Ο Bramwell ήταν μέλος μιας ομάδας, με επικεφαλής τον Tom Fennell του Ινστιτούτου Laue-Langevin στην Γκρενόμπλ, που ανέφερε τα αποτελέσματα των νετρονίων τον περασμένο Σεπτέμβριο.
Μαγνητικό “φορτίο”
Για να πάρει όσο το δυνατόν πιο λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τα μονόπολα, η ομάδα του Bramwell έγχυσε μιόνια – βραχύβια ξαδέλφια των ηλεκτρονίων – σε παγωμένο σπιν. Όταν τα μιόνια διασπάστηκαν, δημιουργήθηκαν ποζιτρόνια σε κατευθύνσεις που επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο μέσα στο παγωμένο σπιν. Κι αυτό τους αποκάλυψε ότι τα μονόπολα όχι μόνο ήταν παρόντα, αλλά κινούμενα παράγουν ένα μαγνητικό ρεύμα.
Επίσης, βρήκαν ότι το μαγνητικό φορτίο στα μονόπολα είναι περίπου 5 μονάδες της μαγνητόνης ανά angstrom, πολύ κοντά με τη θεωρία, η οποία προβλέπεται τιμή 4.6. Σε αντίθεση με το ηλεκτρικό φορτίο στα ηλεκτρόνια, το οποίο είναι σταθερό, το μαγνητικό φορτίο στα μονόπολα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση του παγωμένου σπιν.
Ο Bramwell εκτίμησε ότι είναι μάλλον απίθανο η ανακάλυψη αυτή να οδηγήσει σε έναν νέο τρόπο παραγωγής ενέργειας και να αντικαταστήσει τον ηλεκτρισμό στο μέλλον, αν μη τι άλλο επειδή οι κρύσταλλοι πρέπει να ψυχθούν σε μείον 272 βαθμούς Κελσίου, δηλαδή κοντά στο απόλυτο μηδέν. "Δεν πρόκειται να δούμε ένα μαγνητικό λαμπτήρα φωτισμού ή κάτι παρόμοιο", όπως είπε.
Όμως θεωρεί πολύ πιθανό να βρεθούν άλλες πρακτικές χρήσεις, π.χ. στα μαγνητικά αποθηκευτικά μέσα και στο αναδυόμενο πεδίο της σπιντρονικής τεχνολογίας, που φιλοδοξεί να αυξήσει κατακόρυφα την ταχύτητα των μελλοντικών υπολογιστών. Ορισμένοι αναλυτές εκτιμούν ότι θα μπορούσε να δημιουργηθεί ένα νέο πεδίο "μαγνητρονικής" τεχνολογίας για τη δημιουργία μνημών υπολογιστών σε νανοκλίμακα.
Ο Shivaji Sondhi του Πανεπιστημίου του Πρίνστον ανέφερε ότι το νέο επίτευγμα είναι "ένας θρίαμβος της πειραματικής φυσικής” σε ένα συνοδευτικό σχόλιο στο Nature. “Το ίδιο το πείραμα αλλά και ο προσδιορισμός του φορτίου των μαγνητικών μονόπολων είναι εντυπωσιακός”.
Συρρίκνωση της μνήμης
Τα δεδομένα είναι αποθηκευμένα στον υπολογιστή σε σκληρούς δίσκους όπου οι επιφάνειες τους είναι μαγνητισμένες σε μορφή που αντιπροσωπεύουν το 1 και το 0. Ο Bramwell εικάζει ότι τα μονόπολα θα μπορούσαν κάποτε να χρησιμοποιηθούν ως μια πολύ πιο συμπαγή μορφή της μνήμης από οποιαδήποτε άλλη μορφή που είναι διαθέσιμη σήμερα, δεδομένου ότι η μονόπολα έχουν περίπου το μέγεθος ενός ατόμου. "Είναι στα αρχικά στάδια, αλλά ποιος ξέρει τι θα γίνει σε 100 χρόνια”, λέει.
Τέλος, τα μονόπολα στο παγωμένο σπιν δεν είναι τα ίδια με τα κοσμικά μονόπολα, τα θεμελιώδη μαγνητικά σωματίδια που θεωρούμε πως έχουν σφυρηλατηθεί στη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά που ποτέ δεν έχουν παρατηρηθεί.
Πηγή: New Scientist
Leave a Comment