Một nhóm các nhà khoa học của trường Đại học Minnesota, Mỹ, vừa chứng minh thành công các tinh thể Fe16N2 có từ tính mạnh hơn hầu hết vật liệu từ tính được biết tới từ trước tới nay. Hơn nữa, mức độ từ tính của nó vượt giới hạn dự đoán về mức độ từ tính của một vật liệu. |
Từ tính xuất hiện khi các electron trong một vật liệu chuyển động xung quanh một trục tạo ra từ trường riêng của nó và hoạt động như một thanh nam châm cực nhỏ (spin). Ở hầu hết các nguyên tử, các electron có thể xoay theo chiều lên hoặc xuống, nhưng khi chúng hầu hết xoay theo cùng hướng, thì vật liệu này mang từ tính. Ví dụ, ở sắt, có nhiều hơn 4 electron xoay theo cùng một hướng so với ở các vật liệu khác.
Ở các vật liệu phức hợp hơn, lý thuyết cho rằng các đám mây electron hình thành khi những dải gồm các nguyên tử cá thể sáp nhập với nhau có hình dạng giống như dòng sông. Mỗi một dải chứa các electron chỉ xoay theo một hướng và từ tính của vật liệu được xác định bởi sự khác biệt giữa số lượng của mỗi một dạng dải. Sử dụng lý thuyết này, các nhà khoa học đã dự đoán rằng coban-sắt sẽ là vật liệu từ tính mạnh nhất.
Một nhóm các nhà vật lý vật liệu của Twin Cities, Minnesota, Mỹ đã khám phá ra rằng một vật liệu bao gồm 16 nguyên tử sắt và hai nguyên tử ni-tơ có từ tính mạnh hơn 18% so với giới hạn được dự đoán. Những khám phá về phân tích X quang của hợp chất cho thấy 6 nguyên tử sắt tập hợp lại xung quanh mỗi một nguyên tử ni-tơ, với hai nguyên tử sắt khác nữa nằm giữa hai tập hợp. Nhóm nghiên cứu cho biết các electron di chuyển giữa hai tập hợp hoạt động như khi chúng ở vật liệu sắt thông thường, nhưng bên trong các tập hợp, các electron có xu hướng định vị, và việc này làm tăng mức độ từ tính.
Nhóm nghiên cứu cho biết, từ năm 1972, đã có đề xuất cho rằng Fe16N2 có từ tính cực cao và ý kiến này được các nhà nghiên cứu của Hitachi hậu thuẫn vào thập niên 1990 nhưng những khám phá đó không được khẳng định. Fe16N2 là vật chất nửa bền và có xu hướng hình thành nên các cấu trúc tinh thể, làm phức tạp các ước tính về khối lượng của vật chất. Không giống những nghiên cứu trước đây, nghiên cứu hiện tại sử dụng phương pháp tỏa lưỡng sắc vòng tròn từ tính X quang để đo mức độ từ tính. Kỹ thuật này khám phá trực tiếp các electron định vị và vì vậy ít nhạy với hiệu ứng khối lượng hơn so với các phương pháp cũ. Các nhà nghiên cứu cũng thiết lập các mô phỏng cho thấy cách các electron định vị hóa xuất hiện, khiến cho khám phá của họ càng tăng tính thuyết phục.
Nhóm nghiên cứu cho biết, nếu loại nam châm này được chế tạo một cách thương mại, chúng sẽ cho phép các nhà sản xuất máy tính sử dụng những loại đầu viết nhỏ hơn, có khả năng giữ thông tin nhiều hơn. |
