es zu verstehen, übersteigt unsere Vorstellungen bei Weitem, das Eintauchen in eine neue Dimension...... ! Best - Bullytrader-
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'Magnetisches Graphen' bildet eine neue Art von Magnetismus
von der University of Cambridge
Die magnetische Struktur von FePS3
Forscher haben eine neue Form des Magnetismus in sogenanntem magnetischem Graphen identifiziert, die den Weg zum Verständnis der Supraleitung in dieser ungewöhnlichen Art von Material weisen könnte.
Die von der Universität Cambridge geleiteten Forscher konnten die Leitfähigkeit und den Magnetismus von Eisenthiophosphat (FePS3) steuern, einem zweidimensionalen Material, das beim Komprimieren von einem Isolator zu einem Metall übergeht. Diese Klasse magnetischer Materialien bietet neue Wege zum Verständnis der Physik neuer magnetischer Zustände und der Supraleitung.
Mithilfe neuer Hochdrucktechniken haben die Forscher gezeigt, was mit magnetischem Graphen beim Übergang vom Isolator zum Leiter und in seinen unkonventionellen metallischen Zustand geschieht, der nur unter Ultrahochdruckbedingungen realisiert wird. Wenn das Material metallisch wird, bleibt es magnetisch, was den vorherigen Ergebnissen widerspricht und Hinweise darauf gibt, wie die elektrische Leitung in der metallischen Phase funktioniert. Die neu entdeckte magnetische Hochdruckphase bildet wahrscheinlich einen Vorläufer der Supraleitung, daher ist das Verständnis ihrer Mechanismen von entscheidender Bedeutung.
Ihre Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden, legen auch eine Möglichkeit nahe, neue Materialien so zu konstruieren, dass sie kombinierte Leitungs- und magnetische Eigenschaften aufweisen, was bei der Entwicklung neuer Technologien wie der Spintronik nützlich sein könnte, die die Art und Weise verändern könnten, in der Computer verarbeiten Informationen.
Die Eigenschaften von Materie können sich mit sich ändernder Dimensionalität dramatisch ändern. Zum Beispiel bestehen Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit und Diamant aus Kohlenstoffatomen, haben jedoch aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur und Dimension sehr unterschiedliche Eigenschaften.
"Aber stellen Sie sich vor, Sie könnten all diese Eigenschaften auch durch Hinzufügen von Magnetismus ändern", sagte der Erstautor Dr. Matthew Coak, der gemeinsam am Cavendish Laboratory in Cambridge und an der University of Warwick arbeitet. "Ein Material, das mechanisch flexibel sein und eine neue Art von Schaltung bilden könnte, um Informationen zu speichern und Berechnungen durchzuführen. Deshalb sind diese Materialien so interessant und weil sie ihre Eigenschaften drastisch ändern, wenn sie unter Druck gesetzt werden, damit wir ihr Verhalten kontrollieren können."
In einer früheren Studie von Sebastian Haines vom Cavendish Laboratory in Cambridge und dem Department of Earth Sciences stellten die Forscher fest, dass das Material unter hohem Druck zu einem Metall wird, und skizzierten, wie sich die Kristallstruktur und Anordnung der Atome in den Schichten dieses 2D-Materials ändert durch den Übergang.
"Das fehlende Stück ist jedoch der Magnetismus geblieben", sagte Coak. "Da es keine experimentellen Techniken gab, mit denen die Signaturen des Magnetismus in diesem Material bei so hohen Drücken untersucht werden konnten, musste unser internationales Team unsere eigenen neuen Techniken entwickeln und testen, um dies zu ermöglichen."
Die Forscher verwendeten neue Techniken, um die magnetische Struktur bis zu rekordverdächtigen hohen Drücken zu messen, wobei sie speziell entwickelte Diamantambosse und Neutronen als Sonde für den Magnetismus verwendeten. Sie konnten dann die Entwicklung des Magnetismus in den metallischen Zustand verfolgen.
"Zu unserer Überraschung haben wir festgestellt, dass der Magnetismus überlebt und in gewisser Weise verstärkt wird", sagte Co-Autor Dr. Siddharth Saxena, Gruppenleiter am Cavendish Laboratory. "Dies ist unerwartet, da die neu frei wandernden Elektronen in einem neu leitenden Material nicht mehr an ihre Eisenatome gebunden werden können und dort magnetische Momente erzeugen - es sei denn, die Leitung kommt von einer unerwarteten Quelle."
In ihrer vorherigen Arbeit haben die Forscher gezeigt, dass diese Elektronen in gewissem Sinne "eingefroren" sind. Aber als sie sie fließen oder sich bewegen ließen, begannen sie immer mehr miteinander zu interagieren. Der Magnetismus überlebt, wird jedoch in neue Formen umgewandelt, wodurch neue Quanteneigenschaften in einer neuen Art von magnetischem Metall entstehen.
Wie sich ein Material verhält, ob Leiter oder Isolator, hängt hauptsächlich davon ab, wie sich die Elektronen oder die Ladung bewegen. Es wurde jedoch gezeigt, dass der "Spin" der Elektronen die Quelle des Magnetismus ist. Durch Spin verhalten sich Elektronen ein bisschen wie winzige Stabmagnete und zeigen auf eine bestimmte Weise. Magnetismus aus der Anordnung von Elektronenspins wird in den meisten Speichergeräten verwendet: Die Nutzung und Steuerung ist wichtig für die Entwicklung neuer Technologien wie der Spintronik, die die Art und Weise verändern könnten, wie Computer Informationen verarbeiten.
"Die Kombination der beiden Faktoren, Ladung und Spin, ist der Schlüssel zum Verhalten dieses Materials", sagte Co-Autor Dr. David Jarvis vom Institut Laue-Langevin, Frankreich, der diese Arbeit als Grundlage für seine Promotion durchführte .D. Studien am Cavendish Laboratory. "Das Finden dieser Art von Quantenmultifunktionalität ist ein weiterer Fortschritt bei der Untersuchung dieser Materialien."
"Wir wissen nicht genau, was auf Quantenebene passiert, aber gleichzeitig können wir es manipulieren", sagte Saxena. "Es ist wie mit diesen berühmten 'unbekannten Unbekannten': Wir haben eine neue Tür zu Eigenschaften von Quanteninformationen geöffnet.
aber wir wissen noch nicht, was diese Eigenschaften sein könnten. "
Es gibt mehr potenzielle chemische Verbindungen zu synthetisieren, als jemals vollständig erforscht und charakterisiert werden könnten. Durch sorgfältige Auswahl und Abstimmung von Materialien mit besonderen Eigenschaften ist es jedoch möglich, den Weg zur Schaffung von Verbindungen und Systemen aufzuzeigen, ohne großen Druck ausüben zu müssen.
Durch ein grundlegendes Verständnis von Phänomenen wie niedrigdimensionalem Magnetismus und Supraleitung können Forscher außerdem die nächsten Sprünge in den Materialwissenschaften und -techniken mit besonderem Potenzial in Bezug auf Energieeffizienz, Erzeugung und Speicherung machen.
Für den Fall von magnetischem Graphen planen die Forscher als nächstes, die Suche nach Supraleitung in diesem einzigartigen Material fortzusetzen. "Jetzt, da wir eine Vorstellung davon haben, was mit diesem Material bei hohem Druck passiert, können wir einige Vorhersagen darüber treffen, was passieren könnte, wenn wir versuchen, seine Eigenschaften durch Hinzufügen freier Elektronen durch weitere Komprimierung abzustimmen", sagte Coak.
"Das, was wir verfolgen, ist Supraleitung", sagte Saxena. "Wenn wir eine Art von Supraleitung finden, die mit Magnetismus in einem zweidimensionalen Material zusammenhängt, könnte dies uns einen Versuch geben, ein Problem zu lösen, das Jahrzehnte zurückliegt."
Weiter erforschen
Magnetisches Graphen schaltet zwischen Isolator und Leiter um
Mehr zu diesem Ausgangstext
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'Magnetisches Graphen' bildet eine neue Art von Magnetismus
von der University of Cambridge
Die magnetische Struktur von FePS3
Forscher haben eine neue Form des Magnetismus in sogenanntem magnetischem Graphen identifiziert, die den Weg zum Verständnis der Supraleitung in dieser ungewöhnlichen Art von Material weisen könnte.
Die von der Universität Cambridge geleiteten Forscher konnten die Leitfähigkeit und den Magnetismus von Eisenthiophosphat (FePS3) steuern, einem zweidimensionalen Material, das beim Komprimieren von einem Isolator zu einem Metall übergeht. Diese Klasse magnetischer Materialien bietet neue Wege zum Verständnis der Physik neuer magnetischer Zustände und der Supraleitung.
Mithilfe neuer Hochdrucktechniken haben die Forscher gezeigt, was mit magnetischem Graphen beim Übergang vom Isolator zum Leiter und in seinen unkonventionellen metallischen Zustand geschieht, der nur unter Ultrahochdruckbedingungen realisiert wird. Wenn das Material metallisch wird, bleibt es magnetisch, was den vorherigen Ergebnissen widerspricht und Hinweise darauf gibt, wie die elektrische Leitung in der metallischen Phase funktioniert. Die neu entdeckte magnetische Hochdruckphase bildet wahrscheinlich einen Vorläufer der Supraleitung, daher ist das Verständnis ihrer Mechanismen von entscheidender Bedeutung.
Ihre Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden, legen auch eine Möglichkeit nahe, neue Materialien so zu konstruieren, dass sie kombinierte Leitungs- und magnetische Eigenschaften aufweisen, was bei der Entwicklung neuer Technologien wie der Spintronik nützlich sein könnte, die die Art und Weise verändern könnten, in der Computer verarbeiten Informationen.
Die Eigenschaften von Materie können sich mit sich ändernder Dimensionalität dramatisch ändern. Zum Beispiel bestehen Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit und Diamant aus Kohlenstoffatomen, haben jedoch aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur und Dimension sehr unterschiedliche Eigenschaften.
"Aber stellen Sie sich vor, Sie könnten all diese Eigenschaften auch durch Hinzufügen von Magnetismus ändern", sagte der Erstautor Dr. Matthew Coak, der gemeinsam am Cavendish Laboratory in Cambridge und an der University of Warwick arbeitet. "Ein Material, das mechanisch flexibel sein und eine neue Art von Schaltung bilden könnte, um Informationen zu speichern und Berechnungen durchzuführen. Deshalb sind diese Materialien so interessant und weil sie ihre Eigenschaften drastisch ändern, wenn sie unter Druck gesetzt werden, damit wir ihr Verhalten kontrollieren können."
In einer früheren Studie von Sebastian Haines vom Cavendish Laboratory in Cambridge und dem Department of Earth Sciences stellten die Forscher fest, dass das Material unter hohem Druck zu einem Metall wird, und skizzierten, wie sich die Kristallstruktur und Anordnung der Atome in den Schichten dieses 2D-Materials ändert durch den Übergang.
"Das fehlende Stück ist jedoch der Magnetismus geblieben", sagte Coak. "Da es keine experimentellen Techniken gab, mit denen die Signaturen des Magnetismus in diesem Material bei so hohen Drücken untersucht werden konnten, musste unser internationales Team unsere eigenen neuen Techniken entwickeln und testen, um dies zu ermöglichen."
Die Forscher verwendeten neue Techniken, um die magnetische Struktur bis zu rekordverdächtigen hohen Drücken zu messen, wobei sie speziell entwickelte Diamantambosse und Neutronen als Sonde für den Magnetismus verwendeten. Sie konnten dann die Entwicklung des Magnetismus in den metallischen Zustand verfolgen.
"Zu unserer Überraschung haben wir festgestellt, dass der Magnetismus überlebt und in gewisser Weise verstärkt wird", sagte Co-Autor Dr. Siddharth Saxena, Gruppenleiter am Cavendish Laboratory. "Dies ist unerwartet, da die neu frei wandernden Elektronen in einem neu leitenden Material nicht mehr an ihre Eisenatome gebunden werden können und dort magnetische Momente erzeugen - es sei denn, die Leitung kommt von einer unerwarteten Quelle."
In ihrer vorherigen Arbeit haben die Forscher gezeigt, dass diese Elektronen in gewissem Sinne "eingefroren" sind. Aber als sie sie fließen oder sich bewegen ließen, begannen sie immer mehr miteinander zu interagieren. Der Magnetismus überlebt, wird jedoch in neue Formen umgewandelt, wodurch neue Quanteneigenschaften in einer neuen Art von magnetischem Metall entstehen.
Wie sich ein Material verhält, ob Leiter oder Isolator, hängt hauptsächlich davon ab, wie sich die Elektronen oder die Ladung bewegen. Es wurde jedoch gezeigt, dass der "Spin" der Elektronen die Quelle des Magnetismus ist. Durch Spin verhalten sich Elektronen ein bisschen wie winzige Stabmagnete und zeigen auf eine bestimmte Weise. Magnetismus aus der Anordnung von Elektronenspins wird in den meisten Speichergeräten verwendet: Die Nutzung und Steuerung ist wichtig für die Entwicklung neuer Technologien wie der Spintronik, die die Art und Weise verändern könnten, wie Computer Informationen verarbeiten.
"Die Kombination der beiden Faktoren, Ladung und Spin, ist der Schlüssel zum Verhalten dieses Materials", sagte Co-Autor Dr. David Jarvis vom Institut Laue-Langevin, Frankreich, der diese Arbeit als Grundlage für seine Promotion durchführte .D. Studien am Cavendish Laboratory. "Das Finden dieser Art von Quantenmultifunktionalität ist ein weiterer Fortschritt bei der Untersuchung dieser Materialien."
"Wir wissen nicht genau, was auf Quantenebene passiert, aber gleichzeitig können wir es manipulieren", sagte Saxena. "Es ist wie mit diesen berühmten 'unbekannten Unbekannten': Wir haben eine neue Tür zu Eigenschaften von Quanteninformationen geöffnet.
aber wir wissen noch nicht, was diese Eigenschaften sein könnten. "
Es gibt mehr potenzielle chemische Verbindungen zu synthetisieren, als jemals vollständig erforscht und charakterisiert werden könnten. Durch sorgfältige Auswahl und Abstimmung von Materialien mit besonderen Eigenschaften ist es jedoch möglich, den Weg zur Schaffung von Verbindungen und Systemen aufzuzeigen, ohne großen Druck ausüben zu müssen.
Durch ein grundlegendes Verständnis von Phänomenen wie niedrigdimensionalem Magnetismus und Supraleitung können Forscher außerdem die nächsten Sprünge in den Materialwissenschaften und -techniken mit besonderem Potenzial in Bezug auf Energieeffizienz, Erzeugung und Speicherung machen.
Für den Fall von magnetischem Graphen planen die Forscher als nächstes, die Suche nach Supraleitung in diesem einzigartigen Material fortzusetzen. "Jetzt, da wir eine Vorstellung davon haben, was mit diesem Material bei hohem Druck passiert, können wir einige Vorhersagen darüber treffen, was passieren könnte, wenn wir versuchen, seine Eigenschaften durch Hinzufügen freier Elektronen durch weitere Komprimierung abzustimmen", sagte Coak.
"Das, was wir verfolgen, ist Supraleitung", sagte Saxena. "Wenn wir eine Art von Supraleitung finden, die mit Magnetismus in einem zweidimensionalen Material zusammenhängt, könnte dies uns einen Versuch geben, ein Problem zu lösen, das Jahrzehnte zurückliegt."
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Magnetisches Graphen schaltet zwischen Isolator und Leiter um
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