Paul Sparks
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Wissenschaftler haben eine brandneue Art von Magneten entdeckt, die sich in einer Uranverbindung versteckt.
Die Verbindung USb2 (eine Verbindung aus Uran und Antimon), ein sogenannter "Singulett-basierter" Magnet, ist insofern neu, als sie Magnetismus auf ganz andere Weise erzeugt als jeder andere Magnet, der Wissenschaftlern bekannt ist.
Elektronen, die negativ geladene Teilchen sind, erzeugen ihre eigenen winzigen Magnetfelder. Diese Felder haben einen "Nord" - und "Süd" -Pol, eine Folge einer quantenmechanischen Eigenschaft, die als Spin bekannt ist. Bei den meisten Objekten zeigen diese Magnetfelder in zufällige Richtungen und heben sich gegenseitig auf. (Deshalb ist Ihr Körper kein riesiger Magnet.) Bei bestimmten Materialien werden diese Felder jedoch ausgerichtet. In diesem Fall erzeugen sie ein Magnetfeld, das stark genug ist, um beispielsweise ein Bündel Eisenfeilen zu bewegen oder einen Kompass nach Norden zu richten.
Nahezu jeder bekannte Magnet im Universum funktioniert auf diese Weise, von denen auf Ihrem Kühlschrank und MRT-Geräten bis zum Magnetismus des Planeten Erde. [7 seltsame Fakten über Quarks]
Der neu entdeckte Magnet auf Singulettbasis funktioniert jedoch ganz anders.
USb2 ist wie viele andere Substanzen dahingehend, dass die darin enthaltenen Elektronen nicht dazu neigen, ihre Magnetfelder in die gleiche Richtung zu richten, sodass sie durch ihre kombinierte Magnetfeldstärke keinen Magnetismus erzeugen können.
Die Elektronen in USb2 können jedoch zusammenarbeiten, um quantenmechanische Objekte zu bilden, die als "Spin-Exzitonen" bezeichnet werden.
Spin-Exzitonen sind nicht wie die normalen Teilchen, die Sie im Physik- und Chemieunterricht kennengelernt haben: Elektronen, Protonen, Neutronen, Photonen usw. Stattdessen sind sie Quasiteilchen, Teilchen, die keine diskreten Objekte in unserem Universum sind, sondern so handeln, wie sie sind.
Spin-Exzitonen entstehen aus den Wechselwirkungen von Elektronengruppen, und wenn sie sich bilden, wird ein Magnetfeld erzeugt.
Laut einer Aussage der für die USb2-Entdeckung verantwortlichen Forscher hatten Physiker lange vermutet, dass sich Gruppen von Spin-Exzitonen zusammen mit ihren Magnetfeldern zusammenballen könnten, die auf die gleiche Weise ausgerichtet sind. Sie nannten den Effekt "Singulett-basierten" Magnetismus. Das Phänomen wurde zuvor in kurzen, fragilen Blitzen in ultrakalten experimentellen Umgebungen nachgewiesen, in denen die seltsame Physik der Quantenmechanik häufig ausgeprägter ist.
Jetzt haben Physiker zum ersten Mal gezeigt, dass diese Art von Magneten außerhalb unterkühlter Umgebungen auf stabile Weise existieren kann.
In der Verbindung USb2 bilden sich Magnetfelder blitzschnell und verschwinden fast genauso schnell, berichteten die Forscher in einem Artikel, der am 7. Februar in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.
Unter normalen Umständen werden die magnetischen Momente in einem Eisenstab allmählich ausgerichtet, ohne scharfe Übergänge zwischen magnetisierten und nicht magnetisierten Zuständen. In einem Singulett-basierten Magneten ist der Sprung zwischen Zuständen schärfer. Spin-Exzitonen, normalerweise temporäre Objekte, werden stabil, wenn sie sich zusammenballen. Und wenn sich diese Cluster bilden, beginnen sie eine Kaskade. Wie Dominosteine füllen Spin-Exzitonen die gesamte Substanz sehr schnell und plötzlich und richten sich aufeinander aus.
Das scheint in USb2 zu passieren.
Der Vorteil dieser Art von Magneten, so die Forscher in ihrer Erklärung, besteht darin, dass sie viel leichter als normale Magnete zwischen magnetisierten und nicht magnetisierten Zuständen wechseln können. Angesichts der Tatsache, dass viele Computer darauf angewiesen sind, Magnete zum Speichern von Informationen hin und her zu schalten, ist es möglich, dass Singulett-basierte Geräte eines Tages viel effizienter arbeiten als herkömmliche magnetische Setups.
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