Pas ve elmaslar “imkansız” yarı parçacıkları ortaya çıkarıyor. Manyetik monopoller ya da izole manyetik yükler, araştırmacılar tarafından pasla ilgili bir malzemede bulundu. Bu bulgu, daha hızlı ve daha çevreci bilgi işlem teknolojilerinin geliştirilmesine yol açabilir.
Cambridge Üniversitesi’nden bilim insanları, elmas kuantum algılama adı verilen bir yöntem kullanarak, bir demir oksit türü olan hematitin yüzeyinde dönen girdapları ve zayıf manyetik sinyalleri görebildi.
Araştırmacılar, bir parçacığın açısal momentumu olan birkaç spinin kolektif davranışının hematitte manyetik monopollerin oluşumuna yol açtığını fark ettiler. Bu tek kutuplar, hematit yüzeyinin dönen girdapları boyunca küçük manyetik hokey diskleri gibi hareket ediyor. Doğada ortaya çıkan monopoller ilk kez bir deneyde görülmüştür.
Ayrıca, sanki ikisini birbirine bağlayan gizli bir kod varmış gibi, araştırma hematit gibi malzemelerin manyetik yükleri ile daha önce bilinmeyen dönen girdaplar arasında doğrudan bir ilişki olduğunu göstermiştir. Nature Materials dergisinde yayınlanan bulgular, yeni nesil mantık ve bellek uygulamalarının mümkün kılınmasına yardımcı olabilir.
Cambridge fiziğinin devi James Clerk Maxwell’in denklemlerine göre, bir buzdolabı mıknatısı ya da Dünya’nın kendisi her zaman izole edilemeyen bir çift manyetik kutup olarak var olmalıdır.
Araştırmanın baş araştırmacısı Profesör Mete Atatüre, “Günlük olarak kullandığımız mıknatısların iki kutbu var: kuzey ve güney” dedi. Tekellerin var olabileceği 19. yüzyılda ortaya atılmıştı. Ancak James Clerk Maxwell, elektromanyetik çalışmaları için temel denklemlerinden birinde aynı fikirde değildi.
Cambridge’deki Cavendish Laboratuarı’nın başkanı olan Atatüre bir zamanlar Maxwell’in bulunduğu pozisyonda çalışmaktadır.
Açıklamasında aşağıdaki ifadeleri paylaşıyor.
“Eğer monopoller gerçekten var olsaydı ve biz onları izole edebilseydik, bu kayıp olduğu varsayılan bir yapboz parçasını bulmak gibi bir şey olurdu”.
Bilim insanları yaklaşık on beş yıl önce manyetik bir maddede monopollerin var olabilmesi için olası bir mekanizma önermişlerdi. Bu potansiyel sonuç, kuzey ve güney kutuplarının birbirinden son derece uzak olmasına ve her bir kutbun spin buzu olarak bilinen olağandışı bir maddede yerel olarak izole görünmesine bağlıydı.
Bununla birlikte, monopol keşfi için ortaya çıkma fikrinden yararlanan farklı bir yaklaşım daha vardır. Ortaya çıkma kavramı, parçalarının toplamından daha büyük ya da farklı olan özelliklerin çok sayıda fiziksel şeyin bir araya gelmesiyle ortaya çıkabileceğini ifade eder.
Oxford Üniversitesi ve Singapur Ulusal Üniversitesi’nden ortaklarıyla işbirliği yapan Cambridge akademisyenleri, manyetik bir maddenin yüzeyindeki dalgalı desenleri zahmetsizce kat ederek iki boyutlu uzayda dağılmış monopolleri ortaya çıkarmak için ortaya çıkma tekniklerini kullandılar.
Ferromıknatıslar ve antiferromıknatıslar, dönen topolojik dokulara sahip iki ana malzeme sınıfıdır. Antiferromıknatıslar güçlü bir manyetik imzadan yoksundur, bu da ferromıknatıslardan daha kararlı olmalarına rağmen araştırılmalarını zorlaştırır.
Atatüre ve arkadaşları, antiferromıknatısların davranışını araştırmak için bir görüntüleme tekniği olan elmas kuantum manyetometrisini kullanıyor. Bu yöntem, malzemenin davranışını değiştirmeden, bir elmas iğnedeki tek bir spini (bir elektronun içsel açısal momentumu) kullanarak yüzeyindeki manyetik alanı hassas bir şekilde ölçüyor.
Bu yöntem, mevcut araştırma için antiferromanyetik bir demir oksit maddesi olan hematitte kullanıldı. Araştırmacılar, hematit içindeki diğer gizli manyetik yük modellerinin yanı sıra dörtlü, dipol ve monopolleri de keşfederek şaşkınlıklarını gizleyemediler.
Oxford Üniversitesi’nden ortak yazar Profesör Paolo Radaelli, “Monopoller teorik olarak tahmin edilmişti, ancak doğal olarak oluşan bir mıknatısta ilk kez iki boyutlu bir monopol gördük” dedi.
Bu monopoller, tek bir sabit parçacık yerine bir tekillik etrafında dönen birçok spinin kolektif bir durumu olduğu için çoklu cisim etkileşimleri yoluyla ortaya çıkar. Oxford Üniversitesi’nden ilk yazar Dr. Hariom Jani’ye göre, sonuç olarak manyetik alanı farklılaşan küçük, yerel olarak kararlı bir parçacık ortaya çıkıyor.
Cavendish Laboratuvarı’ndan ilk yazar Dr. Anthony Tan’a göre, iki boyutlu kuantum malzemelerdeki manyetizmanın esrarengiz davranışı, bu konuda yeni araştırma yönlerinin önünü açabilecek elmas kuantum manyetometri uygulamasıyla anlaşılabilir. Antiferromıknatıslar diğer metallere göre daha zayıf bir manyetik çekime sahip olduğundan, bu dokuları doğrudan görselleştirmek her zaman zor olmuştur. Ancak pas ve elmasın yardımıyla bu artık mümkün.
Çalışma, elmas kuantum manyetometrisinin vaat ettiklerinin yanı sıra kuantum malzemelerdeki gizli manyetik olayları bulma ve keşfetme yeteneğini de vurguluyor. Eğer yönetilebilirse, manyetik yüklerle bezenmiş dönen desenler, son derece hızlı ve enerji tasarruflu bilgisayar bellek işlemlerini yürütme potansiyeline sahiptir.
