17 feb. 1999
2 minuten
De sterkste magneten bestaan uit een mix van neodymium en ijzer. Maar al meer dan een halve eeuw breken wetenschappers zich het hoofd over het feit dat neodymium zich niet gedraagt zoals we van een magneet verwachten. Natuurkundigen hebben nu aangetoond dat het materiaal bestaat uit een zee van wervelende magneetjes die op verschillende snelheden draaien en steeds veranderen. Dit begrip kan een sleutel zijn tot nieuwe materialen voor kunstmatige intelligentie (AI).
Magneten bestaan uit een noord- en zuidpool. Als je dieper inzoomt op een gewone koelkastmagneet, dan zie je kleine magneetjes op atoomschaal, zogenaamde spins, die allemaal in dezelfde richting staan en daarmee de noord- en zuidpool bepalen. Maar er zijn ook bepaalde materialen die een spin-glas kunnen zijn, waarbij de spins op een willekeurige manier voorkomen en in allerlei verschillende richtingen wijzen. De naam spin-glas is afgeleid van de amorfe en veranderlijke structuur van atomen in een stuk glas.
Het was al bekend dat spin-glasgedrag voorkomt in legeringen, maar niet dat het ook kan bestaan in pure elementen uit het periodiek systeem. De onderzoekers hebben de nieuw ontdekte toestand ‘zelf-geïnduceerd spin-glas’ genoemd.
De magnetische structuur zien
"‘In Nijmegen zijn we specialisten op het gebied van scanning tunnelling microscopie (STM). Met deze techniek kunnen we de structuur van atomen zien en daarbij ook de noord- en zuidpool van de atomen bepalen", zegt onderzoeker Daniel Wegner. "Hiermee waren we in staat om het gedrag van neodymium te ontdekken, omdat we enorm kleine veranderingen in de magnetische structuur konden zien."
Materiaal gedraagt zich als neuronen
Dit complexe gedrag zou nu ook gevonden kunnen worden in ontelbare nieuwe materialen, waaronder in andere elementen uit het periodiek systeem. Hoogleraar Alexander Khajetoorians: "Deze vinding zorgt voor meer fundamentele basiskennis over de eigenschappen van materialen. Het biedt ook een experimenteel terrein waarmee we nieuwe theorieën kunnen vormen, en waarmee we natuurkunde kunnen koppelen aan andere vakgebieden zoals theoretische hersenwetenschap. Met het feit dat het steeds op een complexe manier verandert, zou neodymium een goed materiaal kunnen zijn om gedrag mee na te bootsen, zoals dat gedaan wordt bij kunstmatige intelligentie. Alle complexe patronen die in dit materiaal kunnen worden opgeslagen, kunnen worden gekoppeld aan beeldherkenning."
Er is steeds meer vraag naar materialen die zelf taken kunnen uitvoeren zoals de hersenen dat kunnen, door de snelle ontwikkeling van AI en de grote energievoetafdruk die het achter laat. Khajetoorians: "Je zou nooit met simpele magneten een computer kunnen bouwen die geïnspireerd is op het brein. Maar materialen met het complex gedrag zoals neodymium zouden wel goede kandidaten kunnen zijn hiervoor."
Anderen lazen ook
