EO

De magneet die niet bestond (video)

03 maart 2020 om 12:06 uur

In 1966 voorspelde de Japanse natuurkundige Yosuke Nagaoka het bestaan van een nogal opvallend fenomeen: Nagaoka's ferromagnetisme. Zijn nauwgezette theorie verklaart hoe materialen magnetisch kunnen worden, met één voorbehoud: de specifieke condities die hij beschreef komen niet van nature in enig materiaal voor. Onderzoekers van QuTech hebben nu experimentele verschijnselen van Nagaoka's ferromagnetisme waargenomen.


De resultaten zijn gepubliceerd in Nature.

 

In een ferromagneet richten de spins van vele elektronen zich parallel aan elkaar en combineren ze zich tot één groot magnetisch veld. Nagaoka voorspelde een nieuw en verrassend mechanisme voor het optreden van ferromagnetisme, dat niet eerder in enig systeem was waargenomen.

 

Onderzoeker JP Dehollain: "Een schuifpuzzel kan helpen om de voorspelling van Nagaoka te begrijpen. Deze puzzel bestaat uit een rooster van vier bij vier tegels, met één enkele lege plek. Door de tegels te schuiven, kun je de puzzel oplossen. Denk vervolgens aan de Nagaoka-magneet als een soortgelijk tweedimensionaal, vierkant rooster, waarbij elke tegel een elektron is. De elektronen gedragen zich dan als de tegels in de puzzel en schuiven rond in het rooster".

puzzel"Als de elektronen niet zijn uitgelijnd (links in de afbeelding), dan zullen de elektronen na iedere verschuiving een andere opstelling vormen ten opzichte van elkaar. Als daarentegen alle elektronen zijn uitgelijnd (rechts), dan blijft de opstelling altijd hetzelfde, ongeacht hoe de elektronen worden geschoven."

 

Nagaoka ontdekte dat het uitlijnen van de elektronenspins resulteert in een lagere energie van het systeem. "Als gevolg daarvan zal een systeem van een vierkant, tweedimensionaal rooster met één ontbrekend elektron van nature de voorkeur geven aan een toestand waarin alle elektronenspins zijn uitgelijnd - een Nagaoka-ferromagnetische toestand."

 

Doe-het-zelfmagneet

De onderzoekers hebben, voor het eerst in de geschiedenis, experimentele verschijnselen van Nagaoka-ferromagnetisme waargenomen. Uditendu Mukhopadhyay: "We hebben dit bereikt door een apparaat te ontwerpen dat enkele elektronen kan 'vangen'. Deze kwantumdots worden al een tijdje gebruikt in wetenschappelijke experimenten. Onze uitdaging was om een tweedimensionaal, zeer controleerbaar rooster van vier kwantumdots te maken. Om deze apparaten te laten werken, moesten we een elektrisch circuit in de nanometerschaal bouwen, ze afkoelen tot bijna het absolute nulpunt (-272,99°C) en miniscule elektrische signalen meten.

 

"Onze volgende stap was om drie elektronen te vangen en deze vrij te laten bewegen binnen het twee-bij-twee rooster, waardoor de specifieke voorwaarden voor Nagaoka-ferromagnetisme werden gecreëerd. We moesten vervolgens aantonen dat dit rooster zich inderdaad als een magneet gedraagt. Het magnetisch veld dat door drie elektronen wordt opgewekt is te klein om met conventionele methoden te detecteren, dus in plaats daarvan gebruikten we een zeer gevoelige elektrische sensor die de spinrichting van de elektronen kon 'ontcijferen' en omzetten in een elektrisch signaal dat we in het lab konden meten. Op deze manier konden we bepalen of de elektronenspins waren uitgelijnd zoals verwacht."

 

De puzzel opgelost

"De resultaten waren glashelder: we hebben Nagaoka-ferromagnetisme aangetoond," zegt hoofdonderzoeker Lieven Vandersypen. "Toen we aan dit project begonnen, wist ik niet zeker of het experiment wel mogelijk zou zijn, omdat de fysica zo anders is dan al het andere wat we ooit in ons lab hebben bestudeerd. Maar ons team is erin geslaagd om de juiste experimentele omstandigheden te creëren voor Nagaoka-ferromagnetisme en toonde de robuustheid van het kwantumdotsysteem aan."

 

Gerelateerd nieuws

Covid-ventilator met Sigmatek technologie

Covid-ventilator met Sigmatek technologie

Hage Speciaal Machinebouw en Hage3D hebben een drukgestuurde ventilator voor noodsituaties ontwikkeld, met de moderne besturingstechnologie van Sigmatek. De Hage Respirator heeft met succes alle testfasen afgerond en is…

Een smeerbare tussenlaag kan solid-state batterijen stabieler maken

Smeerbare tussenlaag maakt solid-state batterijen stabieler

Een tussenlaag van een smeerbaar, boterachtig materiaal, helpt de dichtheid van solid-state batterijen tienvoudig te verbeteren, terwijl het ook de prestaties en veiligheid verhoogt. Dat stellen wetenschappers van…

Coherente Lidar op lange afstand versnellen

Coherente Lidar op lange afstand versnellen

Onderzoekers van EPFL hebben een nieuwe manier gevonden om Lidar-motoren te versnellen door fotonische circuits te gebruiken. Moderne 3D Lidar-sensoren combineren een hoge laterale / verticale en radiale resolutie. Ze…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
MVK Fusion - 3 modules in 1

Murrelektronik introduceert een PROFINET/PROFIsafe module welke drie basisfuncties in één module verenigt:

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

16 juni 2020, online

Power Electronics event

Het doel van dit event is de diversiteit van toepassingen, innovaties en kennis te presenteren op het...

16 juni 2020, Veldhoven

Business Software Event 2020

‘Boost your business with connected software & smart data’. Dat is het thema van het Business...

17 juni 2020, Vianen

Industrial Ethernet Event

Hoe kun je het maximale uit Industrial Ethernet halen?

Meer agendapunten »