Pastebėtas magnetinius vienpolius imituojančių dalelių judėjimas

Dešimtmečiais mokslininkai ieškojo magnetinių vienpolių – izoliuoto magnetinio krūvio,

kuris gali judėti taip pat laisvai, kaip ir elektrinis krūvis.

Gamtoje magnetiniai poliai egzistuoja tik porose, tačiau tyrėjų komanda iš Paul Scherrer instituto (Šveicarija) ir Dublino universitetinio koledžo sugebėjo sukurti magnetinių vienpolių kvazidaleles.

Žinoma, kvazidalelės dar nėra tikrieji vienpoliai, tačiau jų elgsena puikiai imituoja hipotetinius magnetinius vienpolius. Šioms dalelėms suformuoti buvo panaudotas nanomagnetų masyvas, o jiems stebėti buvo panaudotas instituto padalinyje “Swiss Light Source” (SLS) įrengtas mikroskopas.

Magnetinių vienpolių (angl. monopole) egzistavimą jau 1931m. numatė britų fizikas Polas Dirakas (Paul Dirac), teigdamas, jog abu vienpoliai turėtų būti sujungti bendra „gija“, šitaip leidžiant jiems judėti nepriklausomai. Naujausio tyrimo rezultatai naudingi ne tik moksliniam interesui tenkinti, tačiau tai gali nulemti ir tolesnę elektroninių prietaisų raidą. Eksperimento analizė pateikiama internetu žurnale Nature Physics (2010 spalio 17d.).

Kaip jau minėta, magnetiniai poliai egzistuoja tik porose – padalijus magnetą su šiaurės ir pietų poliais į dvi dalis, abi magneto dalys vis vien turės abiejų polių poras. Panaši analogija egzistuoja ir su lazda: jeigu lazdą perlauši per pusę, tu neturėsi dviejų dalių – pabaigos ir pradžios – tačiau turėsi dvi lazdas, iš kurių kiekviena turės ir pradžią, ir pabaigą. Visgi Polas Dirakas numatė, jog magneto poliai gali būti atskirti su sąlyga, kad tarp jų susiformuojantis magnetinis srautas bus perduodamas hipotetine „Dirako jungtimi“. Minėtąją jungtį turinčius vienpolius mokslininkai pirmą kartą sugebėjo sukurti jau praeitais metais, tačiau eksperimentą buvo galima stebėti tik netiesioginiu būdu ir esant artimai absoliučiajam nuliui temperatūrai, stebint vienpolių paveiktus neutronus.

Šio tyrimo metu sukurti vienpoliai ir juos jungiančios Dirako jungtys buvo stebėti tiesiogiai kambario temperatūroje. Tokiam eksperimentui atlikti mokslininkai sukūrė dvimatį mažyčių magnetų masyvą – pavienių magnetų ilgis ir plotis siekė vos 500 ir 150 nanometrų. Tokiu būdu “sukonstruota” dirbtinė dvimatė magnetinė medžiaga, kurios mažiausios sudedamosios dalys – nanomagnetai.

Eksperimento metu magnetai buvo išdėstyti šešiakampio forma, kad kiekvieno magneto vienas polius ribotųsi su kitų dviejų magnetų poliais. „Tokia struktūrą mūsų eksperimentui sukūrėme tam, jog kiekvieno šešiakampio magneto šiaurės polius susijungtų su dviem pietų poliais ir pietų polius susijungtų su kitų magnetų šiaurės poliais. Paveikus išoriniu magnetiniu lauku vieną nanomagneto pusę, jo kitoje pusėje esantys magnetai apsisuka. Taip paveiktas nanomagnetas elgiasi lyg magnetinis vienpolis“ – aiškina projekto dalyvė Laura Heyderman.

Jeigu išorinis magnetinis laukas sukuriamas stipresnis, tuomet paveikiami ir tolimesni nanomagnetai. Toks reiškinys vyksta tarsi iš abiejų pusių vienodai griūvanti domino kauliukų eilutė – vienas magnetas pasisuka kairėje, kitas – dešinėje. Per visą procesą du vienpoliai yra visada susijungę vienmate tarpinių magnetų linija, kur vieno magneto šiaurės polius susijungęs su kaiminystėje esančio magneto pietiniu poliumi, taip suformuojant Dirako jungtį. “Kai išorinis magnetinis laukas išjungiamas, monopoliai lieka toje pačioje vietoje. Tarytum jie būtų sušalę lede“ – dalijasi įspūdžiais praktiką Paul Sherrer institute atliekanti fizikos doktorantė Elena Mengotti.

Stebėtas vyksmas yra naujas magnetizmo srities reiškinys, kuris skiriasi nuo to, kas vyksta kitų magnetinių medžiagų (pavyzdžiui, tokių, kurios naudojamos kietiesiems diskams gaminti) viduje. „Mes pirmą kartą tiesiogiai stebėjome vienpolių ir Dirako jungties susidarymą; tuo pat metu mes parodėme, kaip galima manipuliuoti nanomagnetias“ – teigia Dublino universitetinio koledžo tyrėjas Hans-Benjamin Braun. „Įgytos žinios gali būti panaudotos kuriant ateities talpiąsias laikmenas. Galimas atvejis, jog netolimoje ateityje informacijos saugyklos bus sudarytos iš izoliuotų mūsų nanomagnetus primenančių magnetinių makrosukinių“ – teigia Braunas. „Kituose tyrimuose mes norėtume surasi tikslų būdą manipuliuoti vienpoliais itin mažais atstumais, kad juos būtų galima panaudoti atminties ar loginėms operacijoms vykdyti. Pagrindinis mūsų tikslas – išvystyti technologiją tiek, kad magnetinius vienpolius būtų galima naudoti elektronikoje vietoj dabar paplitusių elektrinių krūvių“ prideda Laura Heyderman.