Antverpen Universiteti tərəfindən

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriKredit: Antverpen Universiteti

Biz maqnitizmi həm təbiət aləmində, həm də müasir texnologiyada həlledici rol oynayan təbiətin əsas qüvvəsi kimi bilirik. O, atom səviyyəsində materialların davranışını tənzimləyir və gündəlik həyatımızda saysız-hesabsız cihazların, o cümlədən məlumatların saxlanması, algılama, simsiz enerji doldurma, səs yazma və çalma sistemləri və s. işləməsi üçün vacibdir.

Kvant mexanikasında dərin kök salmış maqnitizmin mənşəyini anlamaq alim və mühəndislərə gələcək innovativ tətbiqlər və yeni texnologiyalar üçün maqnit xüsusiyyətlərini manipulyasiya etməyə imkan verir.

Bu axtarışda Belçikanın Antverpen Universitetində COMMIT tədqiqat qrupunun fizikləri qrupu, daha yaxşı 2D materiallar kimi tanınan seçilmiş atomik nazik sistemlərdə artikulyar şəkildə nümayiş etdirilən materiallarda maqnetizmin mikroskopik mənşəyini ortaya qoyan bir metodologiya hazırladı.

Fiziki İcmal Məktublarında dərc olunan avans , maqnit qarşılıqlı təsirlərinin kvant səviyyəsində necə yarandığı və təkamülü ilə bağlı görünməmiş bir fikir təqdim edir .

Maqnetizm elektronların kvant mexaniki xassələrindən, xüsusən də onların daxili spinindən və orbital bucaq momentumundan qaynaqlanır. Atomlar daxilində elektronlar orbitalları – kvant nömrələri ilə müəyyən edilmiş fəza bölgələrini – məsələn, s, p, d və f orbitallarını tutur, hər biri xüsusi forma və tutumlara malikdir. Maqnetizm, ilk növbədə, d və f orbitallarındakı qoşalaşmamış elektronlardan yaranır, onlar daha çox məkanda uzanır və atomlar arasında daha güclü qarşılıqlı təsirə imkan verir.

Əksər elementlərdə elektronlar bu orbitallarda spin cütləşərək onların maqnit momentlərini ləğv edirlər. Bununla belə, dəmir, kobalt, nikel, xrom və gadolinium kimi nadir torpaq metalları kimi elementlərdə qoşalaşmamış elektronlarla qismən doldurulmuş d (və ya f) orbitallar var və xalis atom maqnit momenti yaradır. Qismən doldurulmuş d və ya f orbitallarındakı elektronlar zaman-zaman yersizləşə bilər, yəni onlar tək atomla ciddi şəkildə bağlı deyillər. Bunun əvəzinə, onlar qonşu atomların orbitalları arasında, çox vaxt üst-üstə düşən orbitallar və ya vasitəçi atom vasitəsilə “hoplaya” bilərlər.

Bu atlama kvant tunelləri ilə idarə olunur və saytlar arasındakı enerji fərqinə və orbitallar arasındakı üst-üstə düşməyə həssasdır. Elektron atlama, atom maqnit anlarının bir-birinə necə uyğunlaşdığını müəyyən edən mübadilə qarşılıqlı təsirlərində mərkəzi rol oynayır . Məsələn, supermübadilədə bir elektron maqnit olmayan ion vasitəsilə iki maqnit ionu arasında faktiki olaraq hoppanır. Ümumiyyətlə, müəyyən bir materialda bir çox mübadilə yolları mümkün ola bilər və onların üstünlük verdiyi maqnit nizamı üçün bir-biri ilə rəqabət apara bilər.

Beləliklə, materialın kollektiv maqnit xassələri həm qoşalaşmamış elektronların mövcudluğundan, həm də müxtəlif elektron atlama yolları ilə dəstəklənən atomlar arasında kvant mexaniki mübadilə qarşılıqlı təsirindən asılı olacaq. Materiallarda müşahidə olunan maqnit hadisələrinin mənşəyini və müxtəlifliyini izah etmək üçün hansı orbitalların iştirak etdiyini, maqnit mübadiləsinə nə qədər töhfə verdiyini və hansı hoppanma yollarını anlamaq vacibdir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Subatomik səviyyədə maqnitizmi keyfiyyətcə və kəmiyyətcə hərəkətə gətirənlərin belə bir anlayışı uzun müddətdir ki, kondensasiya olunmuş maddə fizikasında problem yaradır və spintronik cihazların, kvant texnologiyalarının və maqnit (elektron spinlərin (əvvəlcədən spinlərin) və maqnitlərin verilmiş dinamik xassələrinin kollektiv qaydada) mütərəqqi istifadəsinə əsaslanan yeni nəsil hesablama sistemlərinin gələcək inkişafı üçün çox vacibdir. material.

Antverpendən olan tədqiqatçılar öz işlərində yeni metodoloji çərçivələrini (“ardıcıl atlamalı daxiletmə metodu” üçün qısaldılmış SHIM) geniş şəkildə öyrənilmiş iki maqnit 2D materialına tətbiq etdilər: xrom triiodid (CrI₃) və nikel diiodid (NiI₂). Onların metodu ilə komanda maqnit atomları (xrom və nikel kimi) və qeyri-maqnit liqandlar (yod kimi) vasitəsilə mürəkkəb mübadilə yollarını izləyərək, maqnit qarşılıqlı təsirinə hər bir elektron töhfəni müvəffəqiyyətlə tərtib etdi.

Bundan əlavə, onlar maqnit atomlarının d ⁸ və d ³ elektron konfiqurasiyalarının üstünlük təşkil etdiyi digər maqnit monolaylara CrI₃ və NiI₂ haqqında əldə etdikləri nəticələrin ümumiləşdirilməsini təklif etdilər .

“Bizim yanaşmamızla biz indi dəqiq olaraq hansı atomların və orbitalların maqnit qarşılıqlı təsirini, necə və nə qədər idarə etdiyini təyin edə bilərik” dedi aparıcı müəllif Denis Şabani. “Bu, uyğunlaşdırılmış maqnit xassələri olan materialların dizaynı üçün tamamilə yeni yollar açır .”

Metodologiya ferromaqnit, antiferromaqnit və altermaqnit davranışları, onların haradan qaynaqlandığını və mexaniki gərginlik, elektrik sahələri və ya digər materiallarla heterostrukturlaşma kimi müxtəlif xarici stimullar altında necə dəyişdiyini proqnozlaşdırmağa imkan verəcək. Buna görə də bu sıçrayış maqnit materiallarının rasional dizaynı və dəqiq mühəndisliyi üçün möhkəm zəmin yaradır, ağıllı, səmərəli və tənzimlənən texnologiyalara doğru yolu sürətləndirir.

Tədqiqatın əsas tədqiqatçısı Prof. Milorad Milošević əlavə etdi: “Bu, maqnitizmi müşahidə etməkdən onu anlamaq və idarə etməyə keçməkdir”. “Bu, bizə kvant nəzəriyyəsi ilə praktiki material dizaynı arasındakı boşluğu aradan qaldırmağa, cihaz innovasiyası üçün yeni marşrutları açmağa imkan verir.”

Daha çox məlumat: D. Šabani et al, Beyond Orbitally Resolved Magnetic Exchange in CrI3 and NiI2, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/tlq2-m6zk

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Antverpen Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir