Синтетический материал, созданный из 1 миллиарда наномагнетиков, принимает различные агрегатные состояния в зависимости от температуры: так называемый метаматериал демонстрирует фазовые переходы, очень похожие на переходы между паром, водой и льдом. Этот эффект наблюдала группа исследователей во главе с Лаурой Хейдерман из PSI. «Мы были удивлены и взволнованы», — объясняет Хейдерман. «Только сложные системы могут отображать фазовые переходы». И поскольку сложные системы могут обеспечивать новые виды передачи информации, результат нового исследования также показывает, что метаматериал исследователей PSI может быть здесь потенциальным кандидатом.Основное преимущество синтетического метаматериала заключается в том, что его можно практически свободно настраивать.
Хотя отдельные атомы в природном материале не могут быть перегруппированы с высокой точностью в таком большом масштабе, исследователи говорят, что это возможно с помощью наномагнитов.Соты из наномагнетиковМагниты имеют длину всего 63 нанометра и по форме напоминают рисовые зерна. Исследователи использовали высокоразвитую технику, чтобы разместить 1 миллиард этих крошечных зерен на плоской подложке, чтобы сформировать крупномасштабный сотовый узор.
Общая площадь наномагнитов составляла пять на пять миллиметров.Благодаря специальной методике измерения ученые сначала изучили коллективное магнитное поведение своего метаматериала при комнатной температуре. Здесь не было порядка в магнитной ориентации: северный и южный магнитные полюса случайным образом указывали в ту или иную сторону.Однако когда исследователи охлаждали метаматериал постепенно и постоянно, они достигли точки, где появился более высокий порядок: крошечные магниты теперь заметили друг друга больше, чем раньше.
По мере дальнейшего падения температуры произошло еще одно изменение в сторону еще более высокого порядка, при котором магнитная система казалась почти замороженной. Аналогичным образом возрастает дальний порядок молекул воды в момент замерзания воды в лед. «Мы были очарованы тем фактом, что наш синтетический материал демонстрирует это повседневное явление фазового перехода», — говорит Хейдерман.Метаматериал можно настроитьНа следующем этапе исследователи могут повлиять на эти магнитные фазовые переходы, изменив размер, форму и расположение наномагнетиков.
Это позволяет создавать новые состояния материи, которые также могут дать толчок к применению: «Красота всего этого: индивидуализированные фазовые переходы могут позволить адаптировать метаматериалы специально для различных нужд в будущем», — объясняет Хейдерман.Помимо потенциального использования при передаче информации, метаматериал также может оказаться полезным для хранения данных или для датчиков, измеряющих магнитные поля. В общем, его можно было бы использовать в спинтронике, поэтому в многообещающем будущем развитии электроники для новых компьютерных технологий.
Измерения, которые исследователи использовали для выявления магнитной ориентации наномагнетиков и, следовательно, свойств метаматериала, могут проводиться только в PSI. Оборудование SμS, которое является уникальным во всем мире, поставляет пучки экзотических элементарных частиц, называемых мюонами, которые можно использовать для изучения наномагнитных свойств.
Проект осуществлялся в сотрудничестве с исследовательской группой, возглавляемой Стивеном Ли из Университета Сент-Эндрюс, Шотландия.