09.12.2011 15:16
Tillukesed kristallid valmistasid suure üllatuse
Foto: Viini tehnikaülikool
Mõne aine omadused sõltuvad nende kristallide suurusest.
Väikesel rauast traadijupil ning suurel raudkangil on
samasugused magnetilised omadused, sest üldjuhul suurus aine omadusi ei mõjuta.
Austria ja India teadlased tegid aga üllatusliku avastuse - mõned ained
käituvad tillukeste kristallidena ebatavaliselt.
See teadmine võib aidata luua uusi materjale, millele
saab anda soovitud elektroonilised ja magnetilised omadused.
Aine omadused, nagu elektrijuhtivus, sulamistemperatuur
või magnetilised omadused ei sõltu üldjuhul eseme suurusest ega kujust.
Ajakirjas Physical Review Letters avaldatud uuringus kirjeldatud Austria ja
India teadlaste eksperiment näitas aga, et manganiitidel (teatud
mangaanoksiididel) on tillukeste kristallidena täiesti teistsugused omadused.
Nad uurisid seda nähtust arvutisimulatsioonide abil.
Manganiidi suurte kristallide üleminekul väiksemateks
kristallideks muutub elektronide jaotus ning seega ka nende energia. See muudab
omakorda kristalli elektrilisi ja magnetilisi omadusi.
"Seejuures on väga oluline roll kvantpõimitusel,"
selgitas eksperimendis osalenud Karsten Held Viini tehnikaülikoolist. "Me
ei saa mõelda elektronidest kui klassikalistest osakestest, mis liiguvad
üksteisest sõltumatult eri radasid pidi, neid saab kirjeldada ainult
ühiselt." Põimumine on üks mikrofüüsikalise maailma iseärasusi: põimunud
alusosakesed saavad olla korraga mitmes seisundis, ent kirjeldada saab neid
ainult kui üht tervikut.
Suuruse muutmine võimaldab nüüd manganiidi kristallide
omadustele rakendusi leida. Kui suuremad kristallid on mittemagnetilised
isolaatorid, siis pisemad kristallitükid käituvad seevastu ferromagnetilise
metallina.
Faasimuutustel, mille käigus muutuvad materjali olulised
omadused, on tähtis roll tehnoloogilistes rakendustes. "Arvuti kõvakettalt
lugemispeaga andmete lugemisel kasutatakse juhtiva ja mittejuhtiva oleku
vahelist üleminekut," tõi Karsten Held näiteks.
Uuringu autorite sõnul võib samasugust efekti täheldada
ka manganiidi kristallide puhul. Juba varem oli teada, et manganiitide
magnetilised omadused sõltuvad temperatuurist ja magnetväljast. Nüüd selgus, et
neid üleminekuid saab mõjutada ka kristallide suurust muutes. Kristalliterade
suuruse muutmise abil saavad teadlased mõjutada faasimuutuse toimumiseks
vajalikku temperatuuri ja magnetvälja tugevust, mis loob tehnoloogiliste
rakenduste jaoks uusi huvitavaid võimalusi.
Teadlased kasutasid 3-15 nanomeetrise läbimõõduga
kristallide käitumise simuleerimiseks Viini tehnoloogiaülikooli võimsat
arvutipilve.