|
磁系統(tǒng)將熱轉(zhuǎn)化為運(yùn)動。
一組科學(xué)家已經(jīng)找到了一種新的方法，可以將環(huán)境熱轉(zhuǎn)化為納米級設(shè)備中的運(yùn)動——這一發(fā)現(xiàn)將為數(shù)據(jù)存儲、傳感器、納米機(jī)器人和其他在不斷縮小的電子世界中的應(yīng)用提供新的可能性。
在一篇發(fā)表在《自然》雜志上的材料,一個國際研究小組的研究從不同的機(jī)構(gòu)包括格拉斯哥大學(xué)和�？巳卮髮W(xué)的在英國,和在瑞士蘇黎世ETH和保羅謝勒研究所,描述如何創(chuàng)建了一個磁系統(tǒng)能夠在納米尺度上提取熱能,利用齒輪稱為棘輪的概念,并將磁能轉(zhuǎn)化為定向的旋轉(zhuǎn)磁化。
熱棘輪是在一種稱為“人工自旋冰”的材料中實現(xiàn)的，這種材料是由鎳鐵合金的一種微型納米磁體組裝而成的。單個納米網(wǎng)架只有470納米長(約200倍于人類頭發(fā)的直徑)和170納米寬，只有一個磁疇;也就是說，磁化只能在磁體的長軸上指向兩個方向之一。在磁化他們的樣本后，研究人員觀察到磁化只在兩種可能的方向中旋轉(zhuǎn)，沒有明顯的原因，為什么一種方法應(yīng)該優(yōu)于另一種。
該研究的主要作者、格拉斯哥大學(xué)的瑪麗·居里研究人員塞巴斯蒂安·格里加回憶說:“我們所研究的系統(tǒng)是一種人工自旋冰，一種幾何上令人沮喪的磁性材料。
“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種交互的幾何形狀可以被剪裁，以達(dá)到一種具有動態(tài)手性的活性物質(zhì)，從而起到棘輪的作用。”手性意味著一個物體與它的鏡像不同，就像我們的左手和右手。手性也可以在運(yùn)動中發(fā)生:最著名的例子是響尾蛇，它是一種船型的頂部，它喜歡在單一的方向上旋轉(zhuǎn)。
曼尼托巴大學(xué)(前格拉斯哥大學(xué))教授羅伯特·蓋斯特指出，決定熱棘輪行為的是裝配邊緣的特性。“我們從一開始就懷疑，邊界會強(qiáng)烈地影響磁性的排序和動力學(xué)。”
正是這一觀點(diǎn)和來自教授的幾何學(xué)的建議最終導(dǎo)致了研究者們所測量的有趣的行為。
然而，導(dǎo)致觀察到的行為的機(jī)理并不明顯，只有通過數(shù)值模擬，邊緣的精確作用才變得清晰。據(jù)來自�？巳卮髮W(xué)和皇家學(xué)會研究人員的報告第二作者Gino Hrkac教授說，“在我們意識到這些邊緣創(chuàng)造了不對稱的能源潛力之前，我們試圖了解這個系統(tǒng)是如何運(yùn)作的。”這種不對稱性反映在納米陣列邊界上的磁場分布中，使磁化傾向于更傾向的方向旋轉(zhuǎn)。
為了描述系統(tǒng)的磁性狀態(tài)的演變，科學(xué)家使用了x射線和所謂的磁二色效應(yīng)。這些測量是在瑞士的Paul Scherrer研究所的同步加速器光源SLS和美國的勞倫斯伯克利國家實驗室的高級光源上進(jìn)行的。
來自蘇黎世ETH和Paul Scherrer研究所的Laura Heyderman教授說:“人工自旋冰主要用于回答科學(xué)問題，例如關(guān)于挫折的物理問題。這是一個很好的證明人工自旋冰是一種功能材料，并向應(yīng)用程序提供了一個步驟。
這些發(fā)現(xiàn)建立了一個意想不到的途徑，將磁能轉(zhuǎn)化為磁化的定向運(yùn)動。目前在二維磁性結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的效果是，它將在納米尺度器件，如磁性納米機(jī)器人，驅(qū)動器，或傳感器中得到實際應(yīng)用。實際上，由于角動量是守恒的，自旋是角動量的一種類型，系統(tǒng)磁矩的變化原則上可以引起系統(tǒng)的物理旋轉(zhuǎn)(通過愛因斯坦-德哈斯效應(yīng))。它也可以在磁存儲器中找到應(yīng)用，在那里可以通過激光脈沖來儲存比特。
文章發(fā)表在《自然材料》雜志上，題為《熱驅(qū)動的人工自旋棘輪的緊急動態(tài)手性》。這項工作是由歐盟的“地平線2020研究與創(chuàng)新計劃”、“工程與物理科學(xué)研究委員會”、“維也納科學(xué)與技術(shù)基金”和“皇家學(xué)會”資助的。
震動開關(guān)http://www.www.gujindz.cn |
當(dāng)前位置: