İtalya’daki İtalya Ulusal Araştırma Konseyi (CNR) bünyesindeki Fotonik ve Nanoteknoloji Enstitüsü (IFN) ve Bruno Kessler Foundation araştırmacıları, fiziksel olarak döndürülmeyen mıknatısın süperiletken halde jiroskop benzeri salınımlar gerçekleştiğini gözlemledi.
Yaklaşık 150 yıl önce fizikçi ve matematikçi James Clerk Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism isimli eserinde belirli koşullar altında dönmeyen ferromanyetlerin bu davranışı sergileyebileceğini öne sürmüştü. Jiroskoplar, dönme hareketi sayesinde yönelimini koruyan sistemlere deniyor.
Maxwell’e göre bu özel davranış, ferromıknatısın manyetik özellikleri ile açısal momentumu arasındaki ilişki sonucunda ortaya çıkmalıydı. Ancak bu öngörü uzun yıllar boyunca birçok çalışmada test edilmesine rağmen deneysel olarak doğrulanamamıştı.
Physical Review Letters dergisinde yayımlanan yeni çalışmada, neodimyum bazlı kalıcı bir ferromıknatıs kullanıldı. Süperiletken yapı üzerinde Meissner etkisi kullanılarak mıknatıs levite edildi. Meissner etkisi, süperiletkenlerin manyetik alanı dışlaması ve mıknatısı iterek havada tutması anlamına geliyor. Bu koşullarda mıknatısın iki farklı eksende çok küçük salınımlar yaptığı ancak salınımların bağımsız kalmadığı ve birbirine bağlanarak eliptik yörüngeler oluşturduğu görüldü.
Sebebi elektronların spini olabilir
Araştırmacılara göre bu davranışın temel nedeni, mıknatısın iç yapısında bulunan elektron spinlerine dayanıyor. Spin, elektronların klasik dönme hareketi değil, kuantum düzeyde sahip olduğu içsel açısal momentum olarak tanımlanıyor. Bu içsel yapının, mıknatısın dışarıdan döndürülmeden de jiroskop benzeri bir dinamik göstermesine yol açabileceği söyleniyor. Hareket, çok hassas süperiletken dedektörler sayesinde ölçülebiliyor.
Araştırma, James Clerk Maxwell’in yaklaşık 160 yıl önce öne sürdüğü ancak deneyle doğrulanmamış fizik öngörüsünü ilk kez görünür hale getiriyor. Aynı zamanda sistem, mıknatısın hem açısal momentumunu hem de manyetik özelliklerini doğrudan ölçmeye imkan veriyor.
Çalışmanın başyazarlarından Andrea Vinante, Phys.org’a yaptığı açıklamada bu araştırmanın temel motivasyonunun, dış manyetik alan içinde mıknatısın hareketine dayalı ultra hassas bir manyetik alan sensörü geliştirmek olduğunu belirtiyor.
Gelecekte bu tür levite edilmiş mikromıknatıs sistemlerinin daha da küçültülerek çip ölçeğine indirilmesi hedefleniyor. Bu sayede son derece hassas manyetik alan sensörleri, yeni kuantum teknolojileri ve hatta temel fizik testleri için tamamen yeni bir deneysel platformun ortaya çıkabileceği öngörülüyor.
Kaynak: Physical Review Letters