Wetenschappers hebben een geheel nieuw soort magneet ontdekt die zich verbergt in een uraniumverbinding.
De verbinding USb2 (een verbinding van uranium en antimoon), een zogenaamde "singlet-based" magneet, is nieuw omdat het magnetisme op een heel andere manier genereert dan elke andere magneet die wetenschappers kennen.
Elektronen, negatief geladen deeltjes, wekken hun eigen kleine magnetische velden op. Deze velden hebben een "noord" en "zuid" pool, een gevolg van een kwantummechanische eigenschap die bekend staat als spin. In de meeste objecten wijzen deze magnetische velden in willekeurige richtingen en heffen ze elkaar op. (Dit is waarom je lichaam geen gigantische magneet is.) Maar in bepaalde materialen worden die velden uitgelijnd. Wanneer dat gebeurt, creëren ze een magnetisch veld dat krachtig genoeg is om bijvoorbeeld een hoop ijzeren voorwerpen te verplaatsen of een kompas naar het noorden te laten wijzen.
Vrijwel elke bekende magneet in het universum werkt op deze manier, van die op uw koelkast en MRI-machines tot het magnetisme van de planeet Aarde zelf.
Maar de nieuw ontdekte op singlet gebaseerde magneet werkt op een heel andere manier.
USb2 is net als veel andere stoffen doordat de elektronen erin hun magnetische velden niet in dezelfde richting richten, zodat ze geen magnetisme kunnen genereren door hun gecombineerde magnetische veldsterkte.
De elektronen in USb2 kunnen echter samenwerken om kwantummechanische objecten te vormen die 'spin-excitonen' worden genoemd.
Spine-excitonen zijn niet zoals de normale deeltjes waarover je in de natuurkunde- en scheikundeles hebt geleerd: elektronen, protonen, neutronen, fotonen, enz. In plaats daarvan zijn het quasi-deeltjes, deeltjes die geen afzonderlijke objecten in ons universum zijn, maar zich gedragen zoals ze zijn .
Spin-excitonen komen voort uit de interacties van groepen elektronen en wanneer ze zich vormen, wordt er een magnetisch veld gecreëerd.
Volgens een verklaring van de onderzoekers die verantwoordelijk waren voor de ontdekking van USb2, hadden natuurkundigen al lang het vermoeden dat groepen van spin-excitonen samen zouden kunnen clusteren met hun magnetische velden die op dezelfde manier zijn gericht. Ze noemden het effect 'singlet-based' magnetisme. Het fenomeen was eerder bewezen in korte, fragiele flitsen in ultrakoude experimentele omgevingen, waar de vreemde fysica van de kwantummechanica vaak meer uitgesproken is.
Nu hebben natuurkundigen voor het eerst aangetoond dat dit soort magneet op een stabiele manier kan bestaan buiten supercoole omgevingen.
In de verbinding USb2 vormen magnetische velden zich in een flits en verdwijnen ze bijna net zo snel, rapporteerden de onderzoekers in een paper dat op 7 februari in het tijdschrift Nature Communications werd gepubliceerd.
Onder normale omstandigheden worden de magnetische momenten in een ijzeren staaf geleidelijk uitgelijnd, zonder scherpe overgangen tussen gemagnetiseerde en niet-gemagnetiseerde toestanden. In een singlet-gebaseerde magneet is de sprong tussen toestanden scherper. Spin-excitons, meestal tijdelijke objecten, worden stabiel wanneer ze samen clusteren. En wanneer die clusters zich vormen, beginnen ze een cascade. Net als dominostenen die op hun plaats vallen, vullen spin-excitonen de hele substantie heel snel en plotseling en sluiten ze zich op elkaar aan.
Dat lijkt te gebeuren in USb2.
Het voordeel van dit soort magneet, schreven de onderzoekers in hun verklaring, is dat het veel gemakkelijker tussen gemagnetiseerde en niet-gemagnetiseerde toestanden wisselt dan normale magneten. Aangezien veel computers afhankelijk zijn van het heen en weer schakelen van magneten om informatie op te slaan, is het mogelijk dat singlet-gebaseerde apparaten op een dag veel efficiënter kunnen werken dan conventionele magnetische opstellingen.
