Учени пресъздадоха поведението на неуловимия магнитен монопол с помощта на диаманти и ръжда

Магнитният монопол, хипотетична частица с един магнитен полюс, предсказан от Пол Дирак през 1931 г., все още не е получил наблюдателно потвърждение. Един век търсене на магнитен монопол не е довел до никакви резултати. В същото време потвърждението за съществуването му би отворило пътя към развитието на „теория на всичко“ — единна физико-математическа теория за функционирането на нашата Вселена.

„Ако монополите наистина съществуваха и бяхме в състояние да ги изолираме, би било като да намерим липсващото парче от пъзел, за което се смяташе, че липсва“ – обясни физикът Мете Ататюр от университета в Кеймбридж — един от авторите на новата работа по търсене на признаци за магнитен монопол.

В тази работа, публикувана в списание Nature Materials, международен екип от изследователи, ръководен от учени от университета в Кеймбридж в Обединеното кралство, наблюдава монополното поведение на магнитните полета при преминаване през хематит — материал, подобен на обикновената ръжда.

Нека веднага уточним, че това не е наблюдение на поведението на хипотетична частица. Това е опит да се оценят моделите, които могат да бъдат разкрити в процеса на наблюдение на истински магнитен монопол. На практика учените са открили и изследвали връзката между спиновите модели в антиферомагнитните материали под въздействието на точково приложение на магнитното поле, което симулира магнитния заряд на монопола.

„Предизвикателството винаги е било директно да изобразим тези структури в антиферомагнетиците поради по-слабото им магнитно привличане, но сега можем да направим това, използвайки забавна комбинация от диаманти и ръжда“ — каза физикът Антъни Тан от университета в Кеймбридж.

Учените намират за смешно да използват думата ръжда в комбинация с диаманти. Но това е само хематит — широко разпространен минерал на желязото Fe2O3, представляващ обикновена желязна руда. Това е антиферомагнетик с неутрално магнитно поле в нормалното му състояние. Подредената и неутрална структура на магнитните домейни в този материал лесно се локализира в много, много малки мащаби. За да бъде изведено от равновесие е използвана най-тънката диамантена игла или по-скоро диамантена квантова магнитометрия. Чрез детектиране на ориентацията на въртене на електроните в иглата, могат да се измерят слабите магнитни полета в образеца, без да бъдат нарушени.

По същество учените са създали симулация на въздействието на хипотетична частица върху магнитната решетка на образеца и са успели да видят това въздействие върху прибора. Това отваря пътя към нови методи за търсене на неуловимата частица, чието откриване е невъзможно да се надцени за съвременната физика.

В бъдеще резултатите от това изследване могат да бъдат използвани за разработване на компютърни технологии, които ще бъдат по-бързи от това, което имаме днес и по-щадящи околната среда (поради по-ниската консумация на енергия), за което ще трябва да благодарим на специалните свойства на антиферомагнитните материали.

„Ние показахме как диамантената квантова магнитометрия може да се използва за разкриване на мистериозното проявление на магнетизма в двуизмерните квантови материали, което може да отвори нови области на изследване в тази сфера“ — поясни Тан.