Propagacja lawin w magnesach wsparta regulami kwantowymi
Zespół europejskich badaczy odkrył nowe makroskopowe zjawisko fizyczne, którym rządzą reguły kwantowe, a mianowicie kwantową deflagrację magnetyczną. Ogłoszone w amerykańskim czasopiśmie "Physical Review Letters" odkrycie może być w przyszłości zastosowane w technologii kwantowej i technologii nano-informacji. Zespół kierowany przez Javiera Tejadę, profesora fizyki fundamentalnej w Uniwersytecie w Barcelonie oraz Paula Santosa, badacza w Paul-Drude-Institut w Berlinie, poinformował o kontrolowanym zapłonie lawin odwróceń magnetycznych zachodzących w octanie Mn12. Octan Mn12 jest materiałem szeroko stosowanym w badaniach nad tunelowaniem kwantowym (efektem tunelowym) i potencjalnym "kandydatem" do zastosowań w pamięci magnetycznej i obliczeniach kwantowych. Od lat dziewięćdziesiątych wiedziano, że działając polem magnetycznym na magnesy o wielkości molekularnej tworzące kryształ magnetyczny można spowodować raptowną zmianę spinu, i że następuje wówczas proces odwrócenia biegunów w tak zwanych lawinach magnetycznych. W bieżącym roku badaczka Myriam P. Sarachik oraz magistrantka Yoko Suzuki w City College uniwersytetu City University of New York (CUNY) przygotowały doświadczenie, którego celem była obserwacja lawin magnetycznych. Odkryły one, że w obecności źródła ciepła odwrócenie magnetyzacji kryształów octanu Mn12 rozwija się w podobny sposób, jak propagacja czoła płomienia przez łatwopalną substancję chemiczną. Zjawisko to nazwano "deflagracją magnetyczną". Zespół kierowany przez profesorów Tejadę i Santosa poinformował obecnie o kontrolowanym zapłonie magnetyzacji w pojedynczym krysztale octanu Mn12. Badacze odkryli, że szybkość propagacji, z jaką następuje odwrócenie biegunów kompasu, jest zgodna z regułami rządzącymi mechaniką kwantową. W powiązaniu z dowodem na deflagrację magnetyczną występującą w octanie Mn12 wydaje się, że jest to nowe zjawisko fizyczne: deflagracja wspomagana przez tunelowanie kwantowe (efekt tunelowy). Innymi słowy, wbrew oczekiwaniom, jest to efekt makroskopowy, do którego stosują się reguły kwantowe. Profesor Tejada wskazuje, że w celu zrozumienia pojęcia deflagracji magnetycznej można byłoby porównać to, co znamy jako "spalanie magnetyczne" do spalania chemicznego. W spalaniu chemicznym dochodzi do reakcji pomiędzy substancją (paliwem) oraz gazem (środkiem utleniającym) i następuje uwolnienie dużej ilości ciepła. Podczas reakcji pełnego spalania komponenty materiału wchodzą w reakcję ze środkiem utleniającym i generowane są nowe komponenty (spalone paliwo). Deflagracja jest powolnym procesem spalania zależnym od przewodnictwa ciepła, i prędkość jej rozprzestrzenia się jest mniejsza niż szybkość dźwięku. Profesor Tejada wyjaśnia, że najprostszym przykładem jest kawałek papieru podgrzany w jednym rogu przy pomocy zapalniczki: "jedna warstwa papieru pali się i podgrzewa drugą warstwę do momentu spalenia całego papieru. Płomień jest tym czymś, co się rozprzestrzenia i pali, natomiast popiół jest tym czymś, co pozostaje." Odnosząc to do materiałów magnetycznych o wszystkich biegunach skierowanych w tym samym kierunku, jak ma to miejsce na przykład w przypadku materiału wykonanego z bardzo małych kompasów, u których biegun północny skierowany jest ku górze, w razie użycia pola magnetycznego o przeciwnej orientacji bieguny kompasów powinny powoli obracać się, dopóki wszystkie nie ustawią się w kierunku do dołu. Jeżeli skierujemy akustyczne mikrofale w kierunku materiału w celu jego podgrzania, wówczas w pewnej części materiału ciepło będzie wystarczające, by w tym obszarze spowodować odwrócenie biegunów kompasu. Ta część materiału następnie wystarczająco podgrzeje otaczające powierzchnie, by wytworzyć tę samą reakcję, a bieguny kompasów ulegną odwróceniu; propagacja ta trwa, dopóki wszystkie spiny nie ustawią się w kierunku do dołu (w przeciwną stronę niż ich początkowa orientacja). Odwrócenie biegunów powstaje w wyniku tunelowego efektu momentu magnetycznego, co jest efektem kwantowym. Profesor Tejada wyjaśnił reporterowi CORDIS Wiadomości, że odkrycie to jest wynikiem pracy i wiedzy zdobytej w ramach projektu NANOMAGIQC finansowanego przez UE, którego realizację zakończono w styczniu 2005 r. Było to pierwsze szczegółowe badanie perspektyw łączenia urządzeń nanotechnologii i układów magnetycznych do celów informacji i pamięci kwantowej. W oparciu o swoje wyniki badań zespół ubiega się obecnie o finansowanie dla nowego projektu europejskiego stanowiącego część programu "nauka i technologia przyszłości" (NEST) szóstego programu ramowego. Projekt ten obejmowałby badanie nad wzmocnionym promieniowaniem, efektem i technologicznym zastosowaniem związanym z kwantową deflagracją magnetyczną.
Kraje
Hiszpania