Saintis Temui Magnet Jenis Baharu

Terjemahan artikel asal oleh

Amirah Binti Mohamad Nor dan Dr. Ismayadi Ismail
Institut Teknologi Maju Universiti Putra Malaysia

Sekumpulan saintis telah menemui suatu magnet kuat jenis baharu – yang menjanjikan peningkatan prestasi teknologi penyimpanan data.

Magnet ‘singlet-based’ atau magnet tunggalan ini berlainan daripada magnet konvensional yang mana kebiasaannya momen-momen magnet yang kecil tersusun sejajar antara satu sama lain bagi menghasilkan medan magnet yang kuat. Manakala, magnet tunggalan mempunyai daya hilang-timbul, yang menghasilkan daya tidak stabil-tetapi berpotensi mempunyai fleksibiliti melebihi magnet konvensional.

“Sudah tidak terkira betapa banyak penyelidikan pada masa kini yang berunsurkan penggunaan magnet dan magnetisme bagi meningkatkan teknologi penyimpanan data,” ulas Andrew Wray, pembantu professor dalam bidang Fizik di Universiti New York (NYU), yang mengetuai pasukan penyelidikan. Magnet tunggalan seharusnya memiliki peralihan yang lebih mendadak antara fasa magnetik dan bukan magnetik. Tidak banyak yang perlu dilakukan agar bahan tersebut beralih dari fasa bukan magnetik dan fasa magnetik kuat. Ciri ini amat berguna dalam aspek pengunaan kuasa  dan pensuisan laju dalam sebuah komputer.

Terdapat juga perbezaan yang ketara apabila magnetisme jenis ini bergabung dengan arus elektrik. Elektron yang memasuki bahan tersebut menjana interaksi yang kuat dengan momen magnet yang tidak stabil dan bukan hanya sekadar berlalu melepasinya. Oleh itu, wujud kemungkinan sifat ini dapat membantu dalam meningkatkan prestasi dan membolehkan pengawalan maklumat tersimpan secara magnetik.

Hasil penyelidikan tersebut, yang dipaparkan dalam jurnal Nature Communications, turut melibatkan penyelidik-penyelidik dari Lawrence Berkeley National Laboratory, National Institute of Standards and Technology, University of Maryland, Rutgers University, Brookhaven National Laboratory, Binghamton University dan Lawrence Livermore National Laboratory.

Idea mengenai magnet tunggalan bermula sekitar tahun 1960-an, berdasarkan suatu teori yang dikemukakan sangat berlainan daripada apa yang sudah diketahui tentang magnet konvensional.

Magnet biasa memiliki kumpulan-kumpulan kecil momen magnet yang kekal sejajar dengan momen magnet yang lain menyelaras dalam arah yang sama menghasilkan satu medan magnet. Jika didedahkan susunan selaras momen magnet ini kepada haba akan menyebabkan kehilangan medan magnet, di mana momen-momen kecil masih kekal wujud-namun ianya akan terarah secara rawak, tidak lagi sejajar antara satu sama lain.

Satu idea rintis pada 50 tahun yang lalu disebaliknya mencadangkan bahawa bahan yang mempunyai momen magnet masih berupaya memainkan peranannya sebagai magnet. Menurut para saintis, perkara tersebut kedengaran aneh, akan tetapi ianya dapat berfungsi kerana wujudnya sejenis momen magnet sementara yang digelar spin eksiton, yang muncul ketika elektron berlanggaran antara satu sama lain dalam keadaan yang optimum.

“Suatu spin eksiton tunggal cenderung untuk hilang dalam jujukan terdekat,,namun sekiranya ianya wujud dalam kuantiti yang banyak, teori menyatakan bahawa ia boleh bertindak menstabilkan antara satu sama lain dan berupaya memangkinkan spin eksiton dengan lebih banyak, dalam keadaan peringkat menaik,” jelas Wray.

Dalam laporan penyelidikan Nature Communication, para saintis telah bertungkus lumus mengkaji fenomena ini. Beberapa jenis bahan telah dijumpai berkaitan dengan fenomena ini pada tahun 1970-an, namun kesemua bahan tersebut amat sukar untuk dikaji, apatah lagi apabila magnetisme hanya stabil pada suhu yang teramat rendah.

Melalui kaedah pembelauan neutron, pembelauan sinar-X dan simulasi secara teori, para penyelidik berjaya menghubungkaitkan sifat-sifat bahan USb₂, yang mempunyai ciri magnet lebih kuat dan teori mengenai ciri-ciri magnet tunggal tersebut.

“Bahan ini menjadi suatu enigma beberapa dekad yang lalu- bagaimana magnetisme dan elektrik berhubung antara satu sama lain melaluinya dianggap amat aneh dan hanya mulai diterima melalui pengkelasan baru ini,” menurut Lin Miao,seorang felo pasca-doktoral dan pengarang pertama kertas penyelidikan tersebut.

Lebih tepat lagi, mereka mendapati USb₂ memiliki bahan kritikal khas untuk magnetisme jenis ini-khususnya sifat mekanik kuantum yang digelar “Hundness” yang berperanan menentukan bagaimana momen magnet dihasilkan oleh elektron. Baru-baru ini sifat Hundness terbukti sebagai satu faktor penting bagi beberapa sifat mekanik kuantum, termasuklah kesuperkonduksian.

Penyelidikan ini telah juga disertai oleh calon doktoral iaitu NYU Yishuai Xu, Erica Kotta dan Haiwei He dan disokong oleh Program MRSEC dibawah Yayasan Sains Nasional.

Kredit Foto :
newscientist 
NYU