خواص مغناطیسی غیرمنتظره در مواد دست‌ساخت انسان


ژوئن ۲۰۱۳

Image: Greg Stewart/SLAC
تصور گرافیست از برخورد پرتو x با اتم تیتـانیوم

پرووسکیت [1] ها مواد معدنی با ساختار خاصی هستند که نخستین بار در سال ۱۸۳۹ کانی‌شناس آلمانی، گوستاف رُزه در کوه‌های اورال در روسیه پیدا کرد و به‌‌نام کانی‌شناس بزرگ روس، لو الکسویچ پرووسکی، نام‌گذاری کرد. در حال حاضر این مواد مصارف صنعتی مختلف دارند و به‌ویژه پس از این‌که در دهه‌ی ‍۱۹۷۰ موادی با این ساختار بلوری کشف شدند که در دماهای نسبتاً زیاد خاصیت‌ ابررسانایی بروز می‌دهند توجه زیادی به آنها جلب شد. خاصیت اسرارآمیز دیگری اینک در ساختارهای شکل‌گرفته از لایه‌های پی‌درپی (دگرساختار) [2] دو ماده‌ی پرووسکیت مشاهده شده است. این دو ماده یکی آلومینیوم لانتانیوم اکسید (LAO) و دیگری تیتانیوم استرونسیوم اکسید (STO) است که در حالت عادی نارسانا هستند. اما هنگامی که در ساختاری لایه‌لایه در کنار هم قرار داده می‌شوند جریان الکتریسیته از فصل مشترک دو لایه عبور می‌کند. اگر دمای این ساختار به نزدیکی صفر مطلق رسانده شود ابررسانا می‌شود و جریان برق بدون مقاومت عبور می‌دهد. اما پدیده‌ی اسرارآمیزتر مشاهده‌ی ویژگی‌های مغناطیسی در پیوندگاه LAO و STO است، ویژگی‌هایی که در هیچ‌یک از دو ماده به تنهایی دیده نمی‌شود حتی وقتی ناخالصی‌هایی به آنها افزوده شود.

اینک دانشگران شتابگر خطی استنفورد [3](SLAC) و دانشگاه استنفورد با استفاده از پرتوهای x چشمه‌ی نور تابش سنکروترون استنفورد [4](SSRL) موفق به تعیین خاستگاه این خاصیت مغناطیسی شده‌اند. محققان می‌خواستند بدانند کدام اتم‌ها این خاصیت جدید را به‌وجود می‌آورند. نتیجه‌ی کار آنها در مجله‌ی مواد نیچر منتشر شده است. هارولد هوانگ از مؤسسه‌ی علوم مواد و انرژی استنفورد [5](SIMES) و مؤسسه‌ی اسلک-استنفورد که متخصص دگرساختارهاست با نشاندن لایه‌های نازک LAO روی بستر STO نمونه‌هائی برای بررسی آماده کرد. جون-سیک لی دانشگر SSRL می‌گوید که کار گروه پژوهشی‌شان بر این ویژگی پرتوهای x چشمه‌ی نور استفورد متکی‌ست که می‌توان طول‌موج آن را برای دیدن اتمی خاص تنظیم کرد. نتایج پژوهش نشان می‌دهد که خاصیت مغناطیسی از اتم‌های تیتانیوم برمی‌خیزد گرچه معلوم نیست چه چیزی تغییرات منجر به این خاصیت بنیادی را باعث می‌شود. خاصیت مغناطیسی در حالت پایه‌ی اتم تیتانیوم ظاهر می‌شود و این خاصیت تا دمای ده درجه‌ی کلوین نیز مشاهده شده است. نکته‌ی جالب دیگر این است که این حالت پایه‌ی مغناطیسی، همان ساختاری‌ست که در STO منجر به ابررسانش می‌شود و این امکان را به‌وجود می‌آورد که در فصل مشترک LAO/STO بتوان هم ابررسانی و هم خاصیت مغناطیسی را هم‌زمان مشاهده کرد. چنین رفتاری کاملا غیرمتعارف است زیرا ابررسانا میدان مغناطیسی را بیرون می‌راند. متأسفانه پژوهشگران قادر نبودند تیتانیوم را در دماهای کم‌تر بررسی کنند اما تحقیقات آنها نتایج دیگری را که کاترین مُولر[6] در نشریه‌ی فیزیک نیچر در سال ۲۰۱۱ منتشر کرده بود تأیید می‌کند. در این پژوهش ابررسانایی و مغناطیس هم‌زمان در فصل‌مشترک LAO/STO مشاهده شده است. هوانگ اشاره می‌کند که هنوز پس از یک دهه بررسی‌، این ساختار به‌ظاهر ساده هم‌چنان برای پژوهشگران شگفتی‌های تازه‌ئی به همراه دارد. درک بهتر این پدیده‌های تازه می‌تواند به پژوهشگران امکان دهد موادی با خواص دل‌خواه طراحی کنند.


منبع:

Man-made Material Shows Surprisingly Magnetic Personality
Lori Ann White
June 7, 2013
SLAC National Accelerator Laboratory - NEWS
"http://www6.slac.stanford.edu/news/2013-06-10-oxide-interface.aspx"


[1] perovskite
[2] heterostructure
[3] Stanford Linear Accelerator Center
[4] Stanford Synchrotron Radiation Lightsource
[5] Stanford Institute of Materials and Energy Sciences
[6] Kathryn Moler

footer
 

webmaster | ipmic@ipm.ir   Copyright © 2012, All rights reserved.