يقوم الباحثون بتحويل المواد كهربائياً من مواد غير مغناطيسية إلى مغناطيسية

For the first time, researchers electrically transform material from non-magnetic to magnetic

يقوم الباحثون بتحويل المواد كهربائياً من مواد غير مغناطيسية إلى مغناطيسية

 

تصميم علي ثاير النعيمي

 

 

تاريخ: 30 يوليو 2020

مصدر: جامعة مينيسوتا

ملخص:

في دراسة جديدة رائعة ، قام العلماء والمهندسون بتحويل مادة كبريتيد الحديد غير المغناطيسية المتوفرة بشكل كبير وذات التكلفة المنخفضة ، والمعروفة أيضًا باسم "ذهب الأبله" أو البيريت ، إلى مادة مغناطيسية.

 

 

في دراسة جديدة مذهلة ، قام العلماء والمهندسون في جامعة مينيسوتا بتحويل مادة كبريتيد الحديد غير المغناطيسية الوفيرة ومنخفضة التكلفة ، والمعروفة أيضًا باسم "ذهب الأحمق" أو البيريت ، إلى مادة مغناطيسية.

 

هذه هي المرة الأولى التي يحول فيها العلماء كهربائيًا مادة غير مغناطيسية تمامًا إلى مادة مغناطيسية ، ويمكن أن تكون الخطوة الأولى في إنشاء مواد مغناطيسية جديدة قيّمة لأجهزة ذاكرة الكمبيوتر الموفرة للطاقة.

 

نُشر البحث في Science Advances ، وهي مجلة علمية يراجعها الأقران تنشرها الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم (AAAS).

 

قال كريس ليتون ، "معظم الناس المطلعين على المغناطيسية ربما يقولون أنه من المستحيل تحويل مادة غير مغناطيسية إلى مادة مغناطيسية. عندما نظرنا أعمق قليلاً ، رأينا مسارًا محتملًا ، وجعلنا ذلك يحدث". الباحث الرئيسي في الدراسة وأستاذ جامعة ماكنيت المتميز بجامعة مينيسوتا في قسم الهندسة الكيميائية وعلوم المواد.

 

كان ليتون وزملاؤه ، بما في ذلك Eray Aydil في جامعة نيويورك ولورا غاغلياردي (الكيمياء) في جامعة مينيسوتا ، يدرسون كبريتيد الحديد ، أو `` ذهب الأبله '' ، لأكثر من عقد للاستخدام المحتمل في الخلايا الشمسية. الكبريت على وجه الخصوص هو منتج ثانوي وفير للغاية ومنخفض التكلفة لإنتاج النفط. لسوء الحظ ، لم يجد العلماء والمهندسون طريقة لجعل المادة فعالة بما يكفي لتحقيق خلايا شمسية منخفضة التكلفة وفيرة للأرض.

 

وقال ليتون: "لقد عدنا حقًا إلى مادة كبريتيد الحديد في محاولة لمعرفة حواجز الطرق الأساسية أمام الخلايا الشمسية الرخيصة وغير السامة". "وفي الوقت نفسه ، كانت مجموعتي تعمل أيضًا في المجال الناشئ للمغناطيسية حيث نحاول استخدام الفولتات الكهربائية للتحكم في الخصائص المغناطيسية للمواد للتطبيقات المحتملة في أجهزة تخزين البيانات المغناطيسية. في مرحلة ما أدركنا أنه يجب علينا الجمع بين هذين الاتجاهين البحثيين ، وقد أثمر ذلك ".

 

وقال ليتون إن هدفهم هو معالجة الخواص المغناطيسية للمواد ذات الجهد الكهربائي وحده ، مع تيار كهربائي قليل جدًا ، وهو أمر مهم لجعل الأجهزة المغناطيسية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. وشمل التقدم حتى الآن تشغيل وإيقاف المغناطيسية الحديدية ، وهي الشكل الأكثر أهمية من الناحية التكنولوجية للمغناطيسية ، في أنواع أخرى من المواد المغناطيسية. ومع ذلك ، عرض كبريتيد الحديد احتمال حدوث مغناطيسية حديدية محتملة كهربائيًا في مادة غير مغناطيسية تمامًا.

 

في الدراسة ، استخدم الباحثون تقنية تسمى بوابات المنحل بالكهرباء. أخذوا مادة كبريتيد الحديد غير المغناطيسية ووضعوها في جهاز على اتصال بمحلول أيوني ، أو إلكتروليت ، مماثل لـ Gatorade. ثم قاموا بتطبيق ما لا يزيد عن 1 فولت (جهد أقل من بطارية منزلية) ، ونقلوا جزيئات مشحونة بشكل إيجابي إلى الواجهة بين المنحل بالكهرباء وكبريتيد الحديد ، والمغناطيسية المستحثة. الأهم من ذلك ، أنهم كانوا قادرين على إيقاف التيار الكهربائي وإعادة المادة إلى حالتها غير المغناطيسية ، مما يعني أنه يمكنهم تشغيل المغناطيس وإيقافه بشكل عكسي.

 

قال ليتون: "لقد فوجئنا إلى حد كبير أنه نجح". "بتطبيق الجهد الكهربائي ، فإننا نصب الإلكترونات بشكل أساسي في المادة. وتبين أنه إذا حصلت على تركيزات عالية بما يكفي من الإلكترونات ، فإن المادة تريد أن تصبح مغناطيسية حديدية بشكل تلقائي ، والتي تمكنا من فهمها نظريًا. وهذا ينطوي على الكثير من الإمكانات. بعد أن فعلنا ذلك بكبريتيد الحديد ، نعتقد أنه يمكننا القيام بذلك بمواد أخرى أيضًا ".

 

قال Leighton أنهم لن يتخيلوا أبدًا تجربة هذا النهج لولا بحث فريقه الذي يدرس كبريتيد الحديد للخلايا الشمسية والعمل على المغنطيسية.

 

وقال "لقد كان التقارب المثالي بين مجالين من مجالات البحث".

 

وقال ليتون إن الخطوة التالية هي مواصلة البحث لتكرار العملية في درجات حرارة أعلى ، والتي تشير البيانات الأولية للفريق إلى أنها ستكون بالتأكيد ممكنة. يأملون أيضًا في تجربة العملية مع مواد أخرى وإثبات إمكانات الأجهزة الحقيقية.

 

 

 

المصادر

• Materials provided by University of Minnesota. Note: Content may be edited for style and length.
• Jeff Walter, Bryan Voigt, Ezra Day-Roberts, Kei Heltemes, Rafael M. Fernandes, Turan Birol, Chris Leighton. Voltage-induced ferromagnetism in a diamagnet. Science Advances, 2020; 6 (31): eabb7721 DOI: 10.1126/sciadv.abb7721