ساخت دو ماده جدید با خاصیت مغناطیسی

به گزارش گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از ScienceAlert، به لطف تکنیک‌های مدل‌سازی کامپیوتری، اکنون دانشمندان می‌توانند مواد مغناطیسی جدید را در آزماشگاه توسعه دهند و با استفاده از همین روش موفق به ساخت دو ماده جدید مغناطیسی شدند

در مدل‌سازی کامیپوتری، از یک نرم‌افزار برای پیش‌بینی انرژی، ثبات و دیگر فعل و انفعالات اتم استفاده شد. محققان مولکول‌های مختلف را در ساختارهای متفاوت قرار دادند تا ترکیب مناسب را پیدا کنند. باتوجه به اینکه امکان استفاده از 55 عنصر و ساختارهای مختلف اتمی برای ساخت ترکیبات جدید وجود داشت، تولید بیش از 2000 ماده جدید ممکن بود. بنابراین دانشمندان از تکنیک مدل‌سازی کامیپوتری استفاده کردند تا فهرست مواد جدید را به حداقل برسانند.

این امر در برابر روش قدیمی آزمون و خطا که در حال حاضر هم استفاده می‌شود، پیشرفت بزرگی است. براساس گفته‌های تیم تحقیقاتی دانشگاه دوک، این روش می‌تواند منجر به کشف سریع آهن‌رباهای جدید برای انواع مقاصد، از ابزارآلات پزشکی گرفته تا موتور ماشین، شود.

استفانو کورتارولو، از مرکز مواد ژنومیک دانشگاه دوک، در این باره می‌گوید: «پیش‌بینی رفتار آهن‌رباها کار جالبی است اما کشف نوع جدید آن بسیار نادر است. حتی با وجود فرآیند غربالگری ما، سال‌ها زمان می‌برد تا پیش‌بینی‌های ما ترکیب شوند».

تنها حدود پنج درصد از ترکیبات غیرآلی شناخته‌شده، دارای خواص مغناطیسی هستند؛ به همین دلیل، محققان مشتاق به توسعه مواد جدید در آزمایشگاه هستند تا آنها را تکمیل کنند.

این مطالعه بر خانواده‌ای از مواد به نام آلیاژهای «Heusler»، ترکیبی از اتم‌های سه عنصر متفاوت مرتب‌شده از سه ساختار مجزا، متمرکز ماند. مدل‌های کامپیوتری از نمونه‌های اولیه ممکن، تعامل اتم‌ها و انرژی مورد نیازشان را محاسبه می‌کرد.

این مدل‌های کامپیوتری قادر به پیدا کردن گشتاورهای مغناطیسی در هر ترکیب بودند و همچنین چگونگی واکنش آنها به میدان‌های مغناطیسی خارجی را نشان می‌دادند. بالاخره، 14 کاندید برای مواد جدید باقی ماند؛ حالا دانشمندان می‌توانستند روی ترکیب کردن آنها در آزمایشگاه کار کنند. از این تعداد چهار نمونه انتخاب شد که سرانجام در طی یک دوره چند ساله دو مورد از آنها توسعه یافت.

با وجود اینکه فرآیند ترکیب هنوز به نسبت آهسته عمل می‌کند؛ کار کردن روی تعداد انگشت‌شماری از ترکیبات مستعد آسان‌تر از تلاش برای پیدا کردن ترکیب درست در میان تمامی ساختارهای اتمی موجود است که به همین دلیل تکنیک مدل‌سازی کامپیوتری برای محققان بسیار مفید واقع شده است.

اولین ماده جدید، «Co2MnTi»، ترکیبی از کبالت، منگنز و تیتانیوم است که دانشمندان با موفقیت توانستند خواص آهن‌ربایی این ماده را پیش‌بینی کنند ازجمله دمای کوری (نقطه‌ای که ماده خاصیت آهن‌ربایی خود را از دست می‌دهد). دمای کوری این ماده 938 کلوین برابر با 1228 درجه فارنهایت است که باعث می‌شود این ماده در کاربردهای تجاری بسیار مفید واقع شود.

ماده مغناطیس دوم، «Mn2PtPd» نام دارد که مخلوطی از منگنز، پلاتین و پالادیوم است. پیش‌بینی‌های کامیپوتر درباره خواص آهن‌ربایی این ماده نیز بسیار دقیق بود.

مشخص شد که Mn2PtPd پادفرومغناطیس است؛ موقعیتی که الکترون‌ها به طور مساوی در خط محورهای خود تقسیم شده‌اند. این بدین معناست که این ماده هیچ گشتاور مغناطیسی داخلی از خود ندارد اما الکترون‌های آن به میدان‌های مغناطیسی خارجی واکنش نشان می‌دهند.

به گفته پژوهشگران، از این ماده می‌توان در هارد دیسک، رم‌ (RAM) و دستگاه‌های سنجش میدان مغناطیسی استفاده کرد اما مهم‌ترین مساله، روشی است که برای کشف این ماده مورد استفاده قرار گرفت.

کورتارولو در آخر افزود: «واقعا مهم نیست که مفید بودن این آهن‌رباها در آینده ثابت شود یا نه. توانایی پیش‌بینی سریع وجود این چنین موادی به نوبه خود انقلاب بزرگی محسوب می‌شود و برای پیشرفت دانشمندان مواد بسیار ارزشمند خواهد بود».

مترجم: هانا حیدری