چرا یک آهنربای چریالی مسیر وابسته به جهت برای الکترونهاست
توسط RIKEN
ویرایش: سادی هارلی؛ بازبینی: رابرت ایگان
یادداشتهای سردبیر
این مقاله بر اساس فرآیند و سیاستهای ویرایشی Science X بررسی شده است. سردبیران ویژگیهای زیر را برای حفظ اعتبار محتوا برجسته کردهاند:
بررسی صحت
انتشار بازبینی همتا
منبع معتبر
بازخوانی
فیزیکدانان RIKEN برای اولین بار دلیل وابستگی میزان جریان الکترونی به جهت در یک آهنربای خاص را کشف کردند. این کشف میتواند به تحقق دستگاههای کمانرژی در آینده کمک کند.
این کار در نشریه Science Advances منتشر شده است.
در یک آهنربای عادی، تمام اسپینهای الکترونها در یک جهت یکسان قرار دارند. در کلاس خاصی از آهنرباها که بهنام آهنربای چریالی شناخته میشوند، اسپینهای الکترونها شبیه به یک پلکان مارپیچی هستند و دارای سازماندهی مارپیچی میباشند.
این ساختار به آهنرباهای چریالی ویژگیهای مغناطیسی و الکترونیکی ویژهای میبخشد. بهعنوان مثال، الکترونها تمایل دارند در یک جهت درون این ساختار جریان یابند اما در جهت مخالف نه. این اثر شبیه به عملکرد دیودهاست، با این تفاوت که در یک مادهٔ واحد رخ میدهد و نه در نقطهٔ اتصال دو نیمهرسانا.
آهنرباهای چریالی و جریان الکترونها
آهنرباهای چریالی میتوانند کاربردهای عملی داشته باشند چون میتوانند حبابهای مغناطیسی ریز به نام اسکرمیونها را میزبانی کنند؛ این ساختارها برای پیادهسازی حافظههای با مصرف انرژی کم امیدبخش هستند.
چندین مکانیسم برای جریان وابسته به جهت الکترونها در آهنرباهای چریالی پیشنهاد شده است، اما هیچ مطالعهٔ پیشین نتوانست چندین مکانیسم را بهطور موفقانه در یک ماده جداگانه تشخیص و انتساب دهد.
درک علت این اثر مهم است، زیرا میتواند به فیزیکدانان در بهرهبرداری بهتر از آن کمک کند.
«اگر بتوانیم مکانیسم را شناسایی کنیم، کنترل بیشتری بر سیستم خواهیم داشت»، دایسوکه ناکامورا از مرکز علوم ماده نوظهور RIKEN توضیح میدهد.
یافتههای جدید و پژوهشهای آینده
اکنون، ناکامورا و همکارانش کشف کردهاند که دو اثر جداگانه میتوانند جریان وابسته به جهت الکترونها را در یک آهنربای چریالی توجیه کنند.
کدام اثر مسلط میشود بستگی به دما و میدان مغناطیسی دارد. در برخی موارد، الکترونهای جهتدار بهطور مکرر توسط ذرات ریز مغناطیسی دارای چریالی پراکنده میشوند، در حالی که الکترونهای جهت مقابل کمتر پراکندگی میبینند.
مکانیسم دیگر هنگام همبستگی الکترونهای متحرک با اسپینهای مارپیچدار الکترونهای ثابت رخ میدهد که نقشهٔ انرژی شکستهکنندهٔ تقارن الکترونهای متحرک در آهنربای چریالی را شکل میدهد.
اندازهگیریهای تجربی به تنهایی برای تعیین مکانیسمها کافی نبودند؛ محاسبات نظری نیز لازم بود. «وضوحسازی مکانیسم بسیار چالشبرانگیز است»، ناکامورا میگوید. «ما مجبور شدیم از کمک فیزیکدانان نظری مستقر در RIKEN و گروههای پژوهشی مشارکتی بهرهمند شویم».
برای این تحقیق، تیم یک آهنربای چریالی ترکیبی از سه فلز کوبالت، زنک و منگنز را انتخاب کرد؛ زیرا بر خلاف بسیاری از آهنرباهای چریالی، این نوع میتواند در دامنهٔ وسیعی از دماها، از جمله دمای محیط، ساختار اسپین مارپیچدار نشان دهد.
با این حال، پژوهشگران پیشبینی میکنند که نتایجشان برای سایر سیستمها و مواد نیز قابل اعمال باشد و درهای کشفیات جدید در هدایت یکطرفهٔ الکتریسیته را گشاده کند.
آنها اکنون قصد دارند با تغییر نسبت ترکیب سه فلز، تأثیرات متفاوت بر ساختار آهنربای چریالی را بررسی کنند.
جزئیات انتشار
دایسوکه ناکامورا و همکاران، حملونقل غیرمتقابل در یک آهنربای چریالی با دمای محیط، Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw8023
اطلاعات نشریه: Science Advances
مفاهیم کلیدی
خواص الکتریکی
مغناطیس
سیستمهای مغناطیسی
ارائه شده توسط RIKEN
منبع استنادی: چرا یک آهنربای چریالی مسیر وابسته به جهت برای الکترونهاست (2025، ۲۳ دسامبر) در تاریخ ۲۹ ژانویه ۲۰۲۶ استخراج شد از https://phys.org/news/2025-12-chiral-magnet-street-electrons.html
این سند تحت حقنسخه (کپیرایت) است. بهجز هرگونه استفاده منصفانه برای اهداف مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازهٔ کتبی قابل بازتولید نیست. محتوای این سند صرفاً برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.