ساخت مواد مغناطیسی ویژه با متامواد

محققان روش جدیدی برای طراحی مواد مصنوعی معرفی کرده‌اند که به کمک آن می‌توان دستگاه‌های مغناطیسی با خواص قابل کنترل تولید کرد.

خواص یک ماده تا حد زیادی به اتم‌های تشکیل دهنده آن و چگونگی برهمکنش این
اتم‌ها با هم بستگی دارد. با این حال، محدودیت انواع اتم‌ها، باعث محدودیت
خواص ماده می‌شود. ولی دسته جدیدی از مواد مهندسی شده، موسوم به متامواد،
این محدودیت را ندارند. متامواد عموماً از آرایه‌ای از نانوساختارها تشکیل
شده‌اند که می‌توانند همانند اتم‌ها با امواج الکترومغناطیسی برهمکنش داشته
باشند. علاوه‌بر این، خواص نوری این مواد با تغییر دادن اندازه و شکل
نانوساختارها قابل تنظیم و کنترل است.

اخیراً یک گروه بین‌المللی از محققان موسسه A*STAR Data Storage توانستند
خواص و پتانسیل کاربردی این مواد را با استفاده از دو گروه کاملاً متفاوت
از نانوساختارها یا مولکول‌های متا گسترش دهند.

 

آرایه ای از مولکول‌های متا شامل کره‌های سیلیکونی و حلقه‌های شکافدار مسی که برای
کنترل موج‌های مغناطیسی به‌کار می‌روند.

آنها ابتدا یک آرایه دو بعدی از مولکول‌های متا شامل کره‌های سیلیکونی که در کنار
حلقه‌های مسی قرار گرفته‌اند را مدل‌سازی کردند. سپس اثر کره و حلقه‌های شکاف‌دار
را بر روی اجزای مغناطیسی یک موج الکترومغناطیسی تابیده شده به این آرایه مطالعه
کردند.

هنگامی که این دو ساختار بیش از یک میکرومتر از هم فاصله بگیرند، میدان مغناطیسی
موضعی را افزایش می‌دهند. ولی وقتی بهم نزدیک می‌شوند، با هم برهمکنش کرده و
مغناطیسی شدن حلقه کاهش می‌یابد و حتی در فاصله‌های کمتر از نیم میکرومتر منفی
می‌شود.

این موقعیت تا اندازه‌ای شبیه خواص مغناطیسی مواد طبیعی است. هنگامی که تمام
اتم‌های ماده از لحاظ مغناطیسی جهت‌گیری یکسانی اتخاذ کنند آن ماده فرومغناطیس
می‌شود. ولی وقتی برخی از نواحی موقعیت مخالفی می‌گیرند به آن ماده آنتی‌فرومغناطیس
گفته می‌شود. هرچند این شباهت کامل نیست، اما به بیشتر متامواد، مواد شبه
فرومغناطیس می‌گویند.

سیستم طراحی شده توسط این محققان فرصت‌های بسیاری را برای مطالعه پدیده‌های
آنتی‌فرومغناطیس در متامواد مهیا می‌کنند. یک مثال شناخته شده، مقاومت ابر مغناطیسی
است که در واقع قلب حافظه‌های الکترونیکی مدرن به‌حساب می‌آید.