Ученые наделили магнетизмом изначально немагнитные материалы - «Наука и технологии»

Изменяя определенные квантовые взаимодействия, происходящие в материи на самом "тонком" уровне, ученые из университета Лидса добились возникновения магнетизма в материалах, которые в обычных условиях не являются магнитными. Такие технологии, воплощенные в виде производства новых типов синтетических магнитов, могут значительно уменьшить потребность в редкоземельных металлах и избежать применения некоторых токсичных веществах, используемых в постоянных магнитах ветряных электрогенераторов, компьютерных жестких дисков и других устройствах, в которых используются сильные постоянные магниты.

"Возможность создания магнетизма в материалах, которые изначально не являются магнитными, открывает путь к созданию магнитов, в составе которых используются такие распространенные и безопасные химические элементы, как углерод и медь" - рассказывает Фатма Аль Ма'Мари (Fatma Al Ma'Mari), ученая из Школы физики и астрономии Лидсского университета.

На белом свете существуют всего три металла, обладающие стабильными ферромагнитными свойствами, т.е. продолжающие оставаться магнитами после намагничивания при комнатной температуре. Это железо, кобальт и никель. Такое небольшое разнообразие ферромагнетиков объясняется особенностями распределения электронов в атоме и силами их взаимодействия и определяется так называемым критерием Стонера.

В обычных металлах существует равное количество связанных электронов (значение критерия Стонера равно нулю), магнитные поля этих электронов эффективно уравновешивают друг друга, делая материал нейтральным с магнитной точки зрения. Однако, в ферромагнитных материалах присутствуют несвязанные электроны и значение критерия Стонера становится большим единицы. Магнитные поля этих электронов не уравновешиваются полями других электронов и каждый атом материала действует как своего рода крошечный магнит.

Ученые из университета Лидса вмешались в процесс взаимодействия электронов в немагнитных материалах, и это удалось сделать за счет "удаления" из материала некоторых электронов. Ключом к этому стали молекулы фуллерена С60, молекулы шарообразной формы, состоящей из 60 атомов углерода, внедрение таких молекул в состав немагнитного материала послужило причиной "изъятия" большого количества электронов, что увеличило количество несвязанных электронов в каждом атоме и сделало значение критерия Стонера большим единицы.

В результате трансформаций при помощи фуллерена ученым удалось изменить параметры меди, марганца и некоторых других металлов, которые стали демонстрировать ярко выраженные ферромагнитные свойства. Справедливости ради стоит упомянуть, что эти искусственные ферромагнитные свойства проявляются гораздо слабей, нежели у материалов естественного происхождения, однако, в отличие от многих синтетических магнитов, свойства которых проявляются лишь при сверхнизких температурах, фуллереновые магниты сохраняют свои свойства при комнатной температуре, что позволит найти им массу применений в самых различных областях в реальном мире.

"Для некоторых будущих технологий, таких, как квантовые компьютеры, потребуются магниты новых типов, которые позволят создать все условия для хранения и обработки квантовой информации" - рассказывает Аль Ма'Мари, - "Наши исследования являются первым шагом на пути создания магнитных метаматериалов, которые смогут удовлетворить потребность в экзотических магнитах. Однако, нам потребуется еще какое-то время для того, что бы мы смогли увеличить силу синтетических магнитов до уровня, при котором они смогут конкурировать с естественными магнитными материалами".