Ny form av magnetisk ordning upptäckt i grundämnet neodym

Av på 30 maj, 2020

Ett materials magnetism kan användas inom en mängd olika områden. Med utvecklingen av grönare teknik i samhället förväntas behovet av nya och förbättrade magnetiska material bli ännu större. Forskare från Uppsala universitet presenterar nu nya fynd gällande grundämnet neodym. Neodym visar sig ha en hittills okänd form av magnetisk ordning, uppbyggd av en blandning av magnetiska spiraler.

Grundämnet neodym är en viktig beståndsdel i starka magneter som används i mängder av tillämpningar, från mobiltelefoner till vindkraftverk. Trots dessa användningsområden har magnetismen i rent neodym förbryllat forskarvärlden i mer än ett halvt sekel. Forskare från Uppsala universitet och Radbouduniversitetet i Nederländerna har nu visat att neodym uppvisar en hittills okänd form av magnetisk ordning, uppbyggd av en blandning av magnetiska spiraler.

De olika spiralerna, som kallas spinnspiraler, trasslar lätt i sig i varandra vilket gör att det inte finns ett väldefinierat grundtillstånd utan den magnetiska strukturen förändras alltid långsamt över tiden. Beteendet påminner till stor del om hur atomerna i vanligt glas inte sitter fastfrusna utan ständigt rör sig. Denna nya typ av dynamisk magnetisk ordning kallas därför för ett spinnspiralglas. Utöver att kunna beskriva neodyms magnetism, är det troligt att den dynamik som spinnspiralglasen uppvisar även kan användas för att beskriva fenomen inom helt andra fält, till exempel artificiell intelligens som härmar hjärnans beteende.

– Neodyms magnetism har varit omdiskuterad under lång tid. Våra resultat visar också att det välstuderade beteendet hos spinnglas kan uppkomma även i material som inte är oordnade, vilket man tidigare trott. Det betyder att det finns drivkrafter bakom dessa fenomen som ännu inte har förståtts helt och rimligtvis borde det finnas flera andra material än neodym som beter sig som spinnspiralglas, säger Anders Bergman, universitetslektor vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

– Nu har vi visat att själva fenomenet spinnspiralglas finns och har en grundläggande förståelse av dess orsak men vi vill gå vidare och förstå ännu mer om drivkrafterna bakom detta fenomen så vi planerar att fortsätta studera dels neodym men även andra material som vi tror kan uppvisa liknande beteende, säger Diana Iuşan, forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Mer om magnetisk ordning
Förenklat kan man beskriva ett magnetiskt material som att det sitter små stavmagneter på varje atom. Dessa små atomära magneter uppkommer av de elektroner som finns i materialet och som har en kvantmekanisk egenskap kallad ”spinn”. Beroende på hur de atomära magneterna ordnar sig kan man dela magnetiska material i olika sorter. Om alla atomära magneter pekar åt samma håll beter sig materialet som en enda stor magnet och har en magnetisk ordning som kallas ferromagnetism (efter namnet för järn, ferrum på latin). Pekar de atomära magneterna i helt slumpmässiga riktningar får man i stället en paramagnet. Om de atomära magneterna ordnar sig som en spiral, dvs en ordnad struktur där magneterna vrider sig kring någon axel kallas den magnetiska ordningen en spinnspiral.

Spinnglas kallas en klass av magnetiska material som vid en första blick ser ut att vara en oordnad paramagnet men som ändå uppvisar en dynamik, dvs rörelser, vilka följer bestämda mönster över tid. Den dynamik som spinnglas uppvisar kan även ses på helt andra fenomen som inte har något med magnetism att göra, t.ex. i biologiska system. Spinnspiralglas kan ses som en variant på spinnglas, med liknande dynamik, men där magnetismen består av blandning av olika spinnspiraler och därför inte är lika oordnat som ett vanligt spinnglas.

Mer om grundämnet neodym
Neodym är ett grundämne som hör till de sällsynta jordartsmetallerna. Dessa ämnen är inte alltid så sällsynta som namnet låter påskina men de har historiskt sett vara svåra att utvinna. Neodym används främst som del i den starka permanentmagneten Nd2Fe14B vilken är en viktig komponent i många olika tillämpningar, från magnetiska hårddiskar till elmotorer. Den magnetiska ordningen i neodym har tidigare studerats främst med neutronspridning så förhoppningsvis kan de nya rönen om neodyms magnetiska ordning i framtiden kunna kompletteras med studier vid den avancerade neutronkällan ESS som är under uppbyggnad i Lund.

Regionat
Örebronyheter

Källa: Uppsala universitet

Du måste logga in för att lämna kommentarer Logga in