Два звичні метали, які не мають магнітних властивостей – мідь і манган, – як виявилося, можна перетворити на магніти. Цього дивовижного ефекту вдалося досягти англійським фізикам, які поєднали тонкі плівки цих металів з органічними молекулами.
Попри те, що отриманий магнетизм слабкий і зникає через кілька днів, відкриття може привести до появи нових видів гібридних метал-органічних магнітів, які знайдуть застосування, зокрема, у медичних сканерах, стверджує провідний автор дослідження Оскар Цеспедес, фізик з Університету Лідса. Результати експерименту його команди опубліковано 5 серпня в журналі Nature.
Постійні магніти, зокрема залізо, отримують свої магнітні властивості завдяки квантовому обертанню електронів, званому спіном. Цей квантово-механічний феномен зумовлює появу в кожного електрона власного магнітного поля. Більшість електронів об'єднують свої спіни, які скасовують одне одного. Але деякі електрони без пари вишиковуються зі зовнішнім магнітним полем й залишаються в тій позиції, коли це поле перестає на них діяти. Кумулятивний ефект отого вишиковування й зумовлює магнітні властивостй таких металів, як залізо, кобальт чи нікель.
Цеспедес та його колеґи змусили мідь і манган поводитися аналогічно. Дослідники поклали тонкі плівки цих металів на шари фулеренів – молекул, утворених із 60 атомів вуглецю, які розміщені точно у формі футбольного м'яча. Фулерени обрали через те, що вони чи не найкраще забирають електрони з металевих плівок. Це зробило плівки частково магнітними, які на відстані кількох нанометрів біля фулеренів зберегли близько 10% напруженості прикладеного до них магнітного поля.
За теоретичну основу експерименту правили дослідження, які ще в 1930-х рр. здійснив фізик-теоретик Едмунд Стоунер, коли він вивчав, якою має бути кристалічна структура матеріалу, щоб його «електрони без пари» могли вишикуватися із зовнішнім магнітним полем. О. Цеспедес певен, що його експеримент дає тверду основу наступним дослідженням з індукування магнетизму в немагнітних металах. Науковець сподівається, що такі магніти можуть стати екологічнішою альтернативою до гадолінієвих контрастних аґентів, що їх використовують у магнітному резонансному зніманні в медицині.
Крім того, з його слів, їх також можна використовувати у вітрових турбінах, що містять електричні генератори на основі магнітних матеріалів, які мають утримувати поляризацію в той час, коли вони поглинають великі кількості енергії. «Сьогодні у турбінах використовують залізо, кобальт і нікель у поєднанні з рідкоземельними металами, але ці елементи дорого коштують і їх досить складно добувати», – зазначає науковець.
Важливо те, що ці результати були отримані за кімнатної температури, каже фізик Джанкарло Паначчіоне з Національної дослідницької ради Італії у Трієсті.
Одержані властивості можуть бути корисними в таких галузях, як, наприклад, чіпи комп'ютерної пам'яті високої густини, у яких магнітні біти зберігатимуться в інтерфейсі між металом та фулеренами.
Edwin Cartlidge
Non-magnetic metals turned into magnets
Nature, 9/08/2015
Зреферував Євген Ланюк
10.08.2015