Des physiciens ont découvert un tout nouveau type d'aimant dissimulé dans un composé d'uranium


Des physiciens ont découvert un tout nouveau type d'aimant dissimulé dans un composé d'uranium

La limaille de fer s’agglomère autour d’un anneau magnétique et de son champ magnétique.

Crédit: Lawrence Lawry / Getty Images

Les scientifiques ont découvert un nouveau type d'aimant caché dans un composé d'uranium.

Le composé USb2 (composé d'uranium et d'antimoine), un aimant dit "à singulet", est nouveau en ce sens qu'il génère du magnétisme d'une manière totalement différente de tout autre aimant connu des scientifiques.

Les électrons, qui sont des particules chargées négativement, génèrent leurs propres champs magnétiques minuscules. Ces champs ont un pôle "nord" et "sud", conséquence d'une propriété de la mécanique quantique appelée spin. Dans la plupart des objets, ces champs magnétiques pointent dans des directions aléatoires, s’annulant mutuellement. (C'est pourquoi votre corps n'est pas un aimant géant.) Mais dans certains matériaux, ces champs s'alignent. Lorsque cela se produit, ils créent un champ magnétique assez puissant pour, par exemple, déplacer une bande de fer autour ou faire en sorte qu'une boussole pointe vers le nord.

Presque tous les aimants connus dans l'univers fonctionnent de cette façon, depuis ceux qui se trouvent sur votre réfrigérateur et les appareils d'IRM jusqu'au magnétisme de la planète Terre. [7 Strange Facts About Quarks]

Mais l'aimant nouvellement découvert à base de singulet fonctionne d'une manière complètement différente.

USb2 est comme beaucoup d'autres substances en ce que les électrons qui s'y trouvent n'ont pas tendance à orienter leurs champs magnétiques dans la même direction, ils ne peuvent donc pas générer de magnétisme par le biais de leur force de champ magnétique combinée.

Cependant, les électrons dans USb2 peuvent travailler ensemble pour former des objets de mécanique quantique appelés "excitons de spin".

Les excitons de spin ne sont pas comme les particules normales que vous avez apprises en physique et en chimie: électrons, protons, neutrons, photons, etc. Au lieu de cela, ce sont des quasi-particules, des particules qui ne sont pas des objets discrets dans notre univers mais qui agissent comme elles sont. lorsque des groupes de particules physiques commencent à agir ensemble de manière étrange.

Les excitons de spin émergent des interactions de groupes d'électrons et, lorsqu'ils se forment, un champ magnétique est créé.

Selon une déclaration des chercheurs responsables de la découverte USb2, des physiciens soupçonnaient depuis longtemps que des groupes d'excitons de spin pourraient se regrouper avec leurs champs magnétiques orientés de la même manière. Ils ont appelé l'effet "à base de singulet" du magnétisme. Ce phénomène a déjà été prouvé par de brefs éclats fragiles dans des environnements expérimentaux ultra-froids, où la physique étrange de la mécanique quantique est souvent plus prononcée.

Aujourd'hui, les physiciens ont montré pour la première fois que ce type d'aimant peut exister de manière stable en dehors des environnements supercool.

Dans le composé USb2, les champs magnétiques se forment en un éclair et disparaissent presque aussi rapidement, ont rapporté les chercheurs dans un article publié le 7 février dans la revue Nature Communications.

Dans les aimants simples, le champ magnétique ne résulte pas d’un groupe important de champs magnétiques chaotiques s’alignant soudainement, mais plutôt de l’apparition d’un nouveau type de champ magnétique au milieu des particules existantes.

Dans les aimants simples, le champ magnétique ne résulte pas d’un groupe important de champs magnétiques chaotiques s’alignant soudainement, mais plutôt de l’apparition d’un nouveau type de champ magnétique au milieu des particules existantes.

Crédit: Lin Miao, Département de physique de NYU

Dans des circonstances normales, les moments magnétiques dans une barre de fer s'alignent progressivement, sans transitions nettes entre les états magnétisé et non magnétisé. Dans un aimant à base de singulet, le saut entre les états est plus net. Les excitons de spin, généralement des objets temporaires, deviennent stables lorsqu'ils se regroupent. Et lorsque ces grappes se forment, elles entament une cascade. Comme les dominos qui tombent en place, les excitons de spin remplissent la substance dans son ensemble très rapidement et subitement, et s'alignent les uns avec les autres.

C'est ce qui semble se passer dans USb2.

Les chercheurs ont écrit dans leur déclaration que l'avantage de ce type d'aimant est qu'il bascule beaucoup plus facilement entre les états magnétisé et non magnétisé que les aimants normaux. Étant donné que de nombreux ordinateurs dépendent de la commutation des aimants pour stocker des informations, il est possible qu'un jour, des dispositifs basés sur un singlet fonctionnent plus efficacement que les installations magnétiques classiques.

Publié à l'origine sur Science en direct.