Denne herbertsmithitt-krystallen tok ti måneder å dyrke frem. Den er 7 mm lang, veier 0,2 gram, og lot forskerne påvise ny magnetisme. (Bilde: Tianheng Han)

Forskere har funnet en tredje form for magnetisme

Kan revolusjonere moderne teknologi.

Forskere ved MIT har gjort et gjennombrudd, og demonstrert en tredje, grunnleggende form for magnetisme. Ettersom grunnlaget for all moderne elektronikk bygger på de to kjente formene som finnes, kan dette åpne dørene for store sprang innen alt fra datalagring til kommunikasjon.

Moderne harddisker kombinerer prinsipper fra to typer magnetisme.
Moderne harddisker kombinerer prinsipper fra to typer magnetisme.Foto: Alexander Tøgard, hardware.no

Den nye magnetiske tilstanden skiller seg fra de tidligere kjente formene på et helt fundamentalt nivå.

I det som kalles ferromagneter – som for eksempel en kompassnål – peker magnetfeltene i alle atomene samme vei. I antiferromagneter – som du finner i lesehodet på en harddisk – peker derimot magnetfeltene til hvert atom i motsatt retning i forhold til naboen.

Felles for disse er altså at magnetfeltene har en fastsatt retning. Den nye formen kalles «kvantespinnvæske», og navnet reflekterer ikke på selve materialet magneten er laget av. Istedet henspeiler det egenskapene til atomenes magnetfelt, som er i konstant flyt – akkurat som en væske.

Slik fungerer det

Joakim Bergli er førsteamanuensis ved fysisk institutt på Universitetet i Oslo. Hans fagfelt er teoretisk faststoffysikk, og han arbeider spesielt med kvantefysikk, superledende qubits og elektronglass.

– Akkurat som atomene i et stoff beveger seg når temperaturen er høy, vil magnetretningen – det som kalles spinnretningen – til hvert enkelt atom skifte hele tida. Atomet selv ligger altså fast, men retningen til magneten skifter, forklarer Bergli.

Vanligvis vil krefter mellom magnetene få dem til å fryse fast i forhold til hverandre når temperaturen blir lav og bevegelsen mindre kraftig, på samme måte som når is fryser eller flytende metall herder. Det er dette som gir oss magnetiske materialer, som da enten er ferromagnetiske eller antiferromagnetiske. I begge tilfellene slutter både atomene og magnetretningen deres å bevege seg når temperaturen faller under en gitt grense.

– I utgangspunktet skulle vi tro at når temperaturen blir absolutt null er det ikke noen bevegelse igjen, og alle stoffer vil fryse. Men etter kvantemekanikkens lover er det ikke mulig at noe ligger helt i ro på en bestemt plass, det er alltid en viss sjanse for bevegelse, forteller Bergli.

– I det nye stoffet som de har studert nå, er det slik at den kvantemekaniske nullpunktsbevegelsen er stor nok til at spinnretningene aldri fryser fast. Derfor kalles det for en kvantespinnvæske, sier førsteamanuensisen.

Åpner for superledere

Fysikkprofessor Young Lee ved MIT er en av forskerne som står bak oppdagelsen av kvantespinnvæske. Han sier til vitenskapsnettstedet Phys.org at oppdagelsen kan ha vidtrekkende konsekvenser, og nevner blant annet langdistansekvantesammenfiltring som ett mulig bruksområde. Dette er navnet på et fenomen hvor to partikler langt fra hverandre umiddelbart kan påvirke hverandre, på engelsk kalt «long range quantum entanglement».

Mer interessant er kanskje mulighetene innenfor høytemperatur-superledere. En superleder er et materiale som leder strøm fullstendig uten motstand, og kan brukes blant annet til å lage ekstremt raske digitale kretser.

De fleste materialer som kan bli superledende må vanligvis kjøles ned til omtrent det absolutte nullpunkt først – omkring 273 minusgrader – og i denne sammenheng betyr «høy temperatur» fortsatt omkring 170 minusgrader. Dette er likevel «varmt» nok til at det kan oppnås ved hjelp av flytende nitrogen, som er både billigere og enklere å bruke enn heliumskjøling.

Noen ganger er selv flytende nitrogen for varmt.
Noen ganger er selv flytende nitrogen for varmt.Foto: Henning Bjørneng Sagen, hardware.no

– Det var en stor sensasjon omkring 1986 da man først oppdaget høytemperatur-superledere. Problemet er at ingen forstår hvorfor de blir superledende, og dermed er det ikke så lett å få til enda bedre superledere. Hvis man kan forstå det, kan det være at man kan lage superledere ved enda høyere temperaturer, kanskje til og med romtemperatur, forteller Bergli.

Han advarer likevel mot å være altfor optimistiske til akkurat dette med romtemperatur. Han tror også at vi nok må smøre oss med tålmodighet, og påpeker at det her er snakk om grunnforskning som for øyeblikket ligger langt fra praktiske bruksområder.

Også MIT-forskerne påpeker at eventuelle nye bruksområder ligger langt frem i tid, men gleder seg over endelig å se en bekreftelse på et fenomen som har vært teoretisert i lengre tid.

(Kilde: Phys.org)

Norges beste mobilabonnement

Juni 2017

Kåret av Tek-redaksjonen

Jeg bruker lite data:

Ice Mobil 1 GB


Jeg bruker middels mye data:

Telio Go 5 GB


Jeg bruker mye data:

Komplett Maxiflex 12 GB


Jeg er superbruker:

Komplett Megaflex 30 GB


Finn billigste abonnement i vår mobilkalkulator

Forsiden akkurat nå

Til toppen