Hợp chất sắt-nitrogen có từ tính mạnh vô địch

Một nhóm nhà khoa học ở trường đại học Minnesota cho biết các tinh thể Fe₁₆N₂ có từ tính mạnh hơn đa số những vật liệu từ đã biết trước đây, và từ tính của nó vượt quá giới hạn đã tiên đoán đối với từ tính của một vật liệu.

Fe₁₆N₂. Ảnh: Phòng thí nghiệm Kikkawa

Từ tính phát sinh cùng với các electron đang quay tròn trong một chất liệu, và với mỗi electron tác dụng như một nam châm nhỏ xíu với từ trường của nó sắp thẳng hàng với trục quay. Trong đa số nguyên tử, các electron có thể quay hoặc theo hướng ‘lên’, hoặc theo hướng ‘xuống’, nhưng khi đa số chúng quay tròn theo cùng một hướng, thì vật liệu trở nên có từ tính. Trong sắt, chẳng hạn, có bốn số electron quay tròn theo một hướng nhiều hơn bốn lần so với theo hướng kia.

Trong một chất liệu phức tạp hơn, lí thuyết cho rằng có những dải mây electron kiểu dòng sông hình thành khi electon thuộc những nguyên tử riêng rẻ hợp nhất với nhau. Mỗi dải chứa những electron quay tròn chỉ theo một hướng, và từ tính của vật liệu được xác định bởi sự chênh lệch giữa số electron thuộc mỗi loại dải. Sử dụng lí thuyết đó, các nhà khoa học đã tiên đoán sắt-cobalt sẽ là vật liệu có từ tính mạnh nhất.

Một nhóm nhà vật lí vật liệu học ở Twin Cities, Minnesota, đứng đầu là Jian-Ping Wang, vừa tìm ra một chất liệu gồm 16 nguyên tử sắt và hai nguyên tử nitrogen có từ tính mạnh hơn xấp xỉ 18% so với giới hạn đã tiên đoán. Kết quả phân tích tia X của hợp chất trên cho thấy sáu nguyên tử sắt đó co cụm lại xung quanh mỗi nguyên tử nitrogen, với hai nguyên tử nữa nằm giữa hai cụm. Các nhà nghiên cứu nói những electron chạy giữa các cụm tác dụng như giống như chúng vẫn làm trong sắt thông thường, nhưng bên trong những cụm đó, các electron có xu hướng bị khu biệt, và điều này làm tăng từ tính.

Wang cho biết người ta đã đề xuất hồi năm 1972 rằng Fe₁₆N₂ có từ tính cực mạnh, và đề xuất này được hồi sinh bởi các nhà nghiên cứu Hitachi trong thập niên 1990, nhưng những kết quả này không được xác nhận bởi các nhà nghiên cứu sau đó. Fe₁₆N₂ là siêu bền và có xu hướng hình thành nên những cấu trúc tinh thể khác, làm phức tạp những ước tính thể tích của chất liệu thật sự là Fe₁₆N₂. Không giống như những nghiên cứu trước đây, nghiên cứu hiện tại sử dụng tính lưỡng sắc tròn từ tính tia X để đo sự từ hóa. Kĩ thuật này phát hiện trực tiếp các electron bị khu biệt, và do đó kém nhạy với những hiệu ứng thể tích hơn những phương pháp trước đây. Wang và đội nghiên cứu còn tạo ra những mô phỏng cho thấy các electron khu biệt hợp nhất như thế nào, cái Wang nói là “làm cho toàn bộ kịch bản khớp lại với nhau”.

Nếu những nam châm trên có thể được sản xuất thương mại, thì chúng có thể cho phép các nhà sản xuất máy tính sử dụng những đầu ghi nhỏ hươn có thể lưu giữ nhiều thông tin hơn. Những kết quả trên được báo cáo tại cuộc họp của Hội Vật lí Hoa Kì trong tháng này.

Tham khảo: http://adsabs.harvard.edu/abs/2010APS..MART33003W

Theo PhysOrg.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn