Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Polacy stworzyli magnetyczną cząsteczkę o wyjątkowych właściwościach

Recommended Posts

Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego stworzyli kwantowy nanomagnes o wyjątkowych właściwościach. To krok w kierunku nowych rodzajów komputerowych pamięci i procesorów.

Zespół Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierunkiem dr. hab. Dawida Pinkowicza, na łamach prestiżowego pisma „Nature Communications” opisał unikalną cząsteczkę – nowego typu metaloorganiczny nanomagnes kwantowy.

Nanomagnesy badane są już od lad 90, ale polski zespół stworzył strukturę, która w skali nano przypomina te, jakie stosuje się w zwykłych, dużych magnesach. W nowej cząsteczce centralny jon magnetyczny otoczony jest wyłącznie przez inne jony metali. Molekuła składa się bowiem z centralnego jonu erbu (metal ziem rzadkich), który łączy się z trzema ciężkimi jonami renu (metal przejściowy). To pozwala zbliżyć się do cenionych właściwości, jakie wykazują duże, makroskopowe magnesy.

Choć praktyczne zastosowania molekularnych magnesów raczej nie pojawią się w najbliższej przyszłości, to w dłuższej perspektywie takie badania mogą odmienić kluczowe dla cywilizacji dziedziny, np. informatykę.

W pierwszej kolejności nanomagnesy kwantowe mają szansę zastąpić dotychczas stosowane materiały magnetyczne tam, gdzie już osiągnęły one granicę swoich możliwości. Tak jest właśnie w przypadku magnetycznych dysków twardych. Ich dalszy rozwój jest już ograniczony przez same prawa fizyki, które nie pozwalają na dalszą miniaturyzację domen magnetycznych stanowiących podstawową jednostkę pamięci - wyjaśnia mgr Michał Magott, członek grupy badawczej.

W dalszej kolejności nanomagnesy mają szansę na zastosowanie w konstrukcji tranzystorów, a właściwie spintronicznych tranzystorów, które mogą w przyszłości zastąpić tradycyjne tranzystory w układach elektronicznych, a do ich konstrukcji potrzebne jest właśnie źródło magnetyzmu naszych nanomagnesów, czyli spin elektronu – dodaje.

Jednym z kluczowych zadań, przed którymi stoją projektanci nanomagesów, jest uzyskanie takich struktur, które będą działały w temperaturze pokojowej. Obecnie wymagają one zwykle silnego chłodzenia, co utrudnia lub wręcz uniemożliwia praktyczne zastosowania. Dopiero w 2020 r. jedna z grup zajmujących się tym tematem uzyskała molekularny magnes, który działa w temperaturze ok. minus 30 stopni. To ogromny sukces.

Mamy nadzieję, że nasze odkrycie zadziała w podobny sposób - zaproponowaliśmy zupełnie nową strategię syntezy molekularnych nanomagnesów, która umożliwia otrzymanie cząsteczek, naśladujących struktury stosowanych przemysłowo magnesów metalicznych. Liczymy na to, że właśnie ta nowa ścieżka syntetyczna będzie potrzebną zmianą strategii, która umożliwi otrzymanie wysokotemperaturowych molekularnych nanomagnesów – mówi mgr Magott.

Badacza i jego kolegów czekają teraz dalsze, żmudne badania.

Na razie udało nam się pokazać, że ta nowa strategia syntetyczna jest skuteczna i pozwala na otrzymanie świetnego nanomagnesu. Teraz trzeba przeprowadzić setki (może nawet tysiące) prób z wykorzystaniem tego nowego podejścia, aż uda się otrzymać taki nanomagnes, który nada się do zastosowań praktycznych – podkreśla naukowiec.

Badania nad nanomagnesem ErRe 3 zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu Sonata Bis 6.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prof. dr hab. Michał Wierzchoń z Instytutu Psychologii Uniwersytetu Jagiellońskiego został wybrany na przewodniczącego Europejskiego Towarzystwa Psychologii Poznawczej (ESCoP). Należy zaznaczyć, że to pierwszy Polak, który będzie piastował tę funkcję od czasów założenia ESCoP w 1985 r.
      Bardzo się cieszę, że tak liczne grono badaczy wybrało mnie, abym pokierował Europejskim Towarzystwem Psychologii Poznawczej. To zaszczyt i wielkie wyzwanie, które motywuje do dalszej pracy. Mój wybór stanowi również dowód rozpoznawalności międzynarodowej całego polskiego środowiska psychologów poznawczych - powiedział prof. Wierzchoń.
      Naukowiec jest kierownikiem Laboratorium Badań Świadomości C-Lab, dyrektorem Centrum Badań Mózgu UJ, a także wiceliderem inicjatywy „Neuronalna architektura świadomości” (The Neural Architecture of Consciousness). Oprócz tego pełni funkcje prodziekana ds. naukowych Wydziału Filozoficznego UJ, a także kierownika Międzynarodowego Programu Doktorskiego CogNeS.
      Prof. Wierzchoń jest autorem licznych publikacji naukowych, w tym książki „Granice świadomości: W poszukiwaniu poznawczego modelu świadomości” oraz artykułów opublikowanych w takich pismach, jak: Journal of Cognitive Psychology, PLoS ONE, Journal of Pain czy Consciousness and Cognition.
      Jego zainteresowania obejmują m.in. teorie świadomości, świadomość wzrokową, neuronowe korelaty świadomości oraz substytucję sensoryczną [uczenie mimowolne czy rywalizację obuoczną]. Zespół nowo wybranego przewodniczącego ESCoP wspiera rozwój technologii Colorophone'a - specjalnego oprogramowania, które umożliwia osobom niewidomym rozpoznawanie kolorów za pomocą dźwięku. Projekt ten powstaje na Norweskim Uniwersytecie Naukowo-Technicznym, a jego inicjatorem jest także polski naukowiec Dominik Osiński - podkreślono w komunikacie UJ.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwudziestodziewięcioletni Mateusz Hołda z Katedry Anatomii UJ CM został najmłodszym profesorem tytularnym w historii Polski. Jak podkreślono w komunikacie prasowym Uniwersytetu Jagiellońskiego, 4 lipca postanowieniem prezydenta RP Andrzeja Dudy otrzymał [on] tytuł profesora nauk medycznych i nauk o zdrowiu w dyscyplinie nauki medyczne. Do tej pory najmłodszym polskim profesorem był Krzysztof Sośnica z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
      W 2017 r., jeszcze jako student VI roku kierunku lekarskiego, Hołda zakończył przewód doktorski (mógł go przeprowadzić, ponieważ w 2016 r. został laureatem V edycji Diamentowego Grantu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego); egzaminy doktorskie zdał z oceną celującą 9 marca, a pracę doktorską obronił miesiąc później - 10 kwietnia. Ponad dwa lata temu (2020) został najmłodszym w historii polskiej nauki posiadaczem stopnia doktora habilitowanego.
      W 2019 r. Forbes umieścił Hołdę na liście „30 under 30”, a więc w prestiżowym gronie Europejczyków przed trzydziestką, którzy są w swoich dziedzinach liderami. W tym samym roku [Hołda] został uznany przez Europejski Bank Odbudowy i Rozwoju oraz brytyjski think-tank Emerging Europe za najbardziej wpływowego Europejczyka młodego pokolenia - napisano na stronie UJ CM.
      Hołda był wielokrotnie wyróżniany i nagradzany, zarówno w kraju, jak i poza jego granicami. Dostał, m.in.: nagrodę Polskiej Akademii Nauk – Laur Medyczny im. dr Wacława Mayzla (2015), Studenckiego Nobla w kategorii nauki medyczne i nauki o zdrowiu (2016), stypendium Fundacji na rzecz Nauki Polskiej START (2017), stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla wybitnych młodych naukowców (2018), tytuł naukowca przyszłości (2019), a także nagrodę Emerging Europe w kategorii Young Influencer of the Year.
      W dorobku najmłodszego polskiego profesora tytularnego znajduje się niemal 100 publikacji w wiodących czasopismach naukowych, w tym w „Annals of Anatomy”, „International Journal of Cardiology”, „Journal of Anatomy”, „Stroke” czy „JASE”.
      W swojej pracy naukowej specjalista skupia się na morfologii układu sercowo-naczyniowego (od poziomu molekularnego do poziomu narządu) i technikach obrazowania architektury mięśnia sercowego.
      Już w 2013 r. Hołda założył międzynarodowy zespół naukowy HEART (ang. Heart Embryology and Anatomy Research Team), który zajmuje się właśnie badaniami nad architekturą układu sercowo-naczyniowego; warto dodać, że pozostaje jego kierownikiem.
      Dotychczas najmłodsi polscy profesorowie otrzymywali tytuł po 30. r.ż. Dwa lata temu w wieku 35 lat profesorem został Krzysztof Sośnica z UPWr. W lutym br. nominację uzyskał 36-letni Paweł Chmielarz z Politechniki Rzeszowskiej (został on najmłodszym profesorem tytularnym w naukach inżynieryjno-technicznych). W 2005 roku najmłodszym uczonym z tytułem profesora był 37-latek - Marek Ogiela z Akademii Górniczo-Hutniczej. Jesienią 2021 roku do grona profesorów dołączył z kolei, ukończywszy 38 lat, Wojciech Piątek z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu - podano w komunikacie UJ.
      Jak podchodzi do swojego sukcesu główny zainteresowany? Oto jego wpis z 20 lipca na Facebooku: To chyba ten moment, na który czeka każdy naukowiec. Wynik dziewięciu lat intensywnej pracy naukowej zaowocował przyznaniem mi tytułu profesora medycyny. I tak oto w wieku 29 lat stałem się najmłodszym w historii Polski profesorem. Na drodze do tego sukcesu było więcej porażek niż zwycięstw - było ciężko (czasami bardzo ciężko), ale na pewno było warto. Dziękuję wszystkim którzy przyczynili się do tego sukcesu - jest Was wielu! Myślę, że to jednak nie jest koniec mojej ścieżki naukowej, a dopiero jej początek.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W Instytucie Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego powstał pierwszy na świecie tomograf, który pozwala na uzyskanie trójfotonowego obrazu PET. Urządzenie J-PET autorstwa profesora Pawła Moskala i jego zespołu znacząco różni się od tradycyjnych tomografów PET, generujących obraz w oparciu o dwa fotony. Nowatorska technika obrazowania nie tylko pozwoli na lepsze diagnozowanie nowotworów, ale umożliwi też badanie symetrii pomiędzy materią a antymaterią.
      Tomograf powstał w ramach projektu Jagielloński PET (J-PET). Wykorzystuje on znaną technikę obrazowania metodą pozytonowej tomografii emisyjnej. Podczas tej techniki wyznaczany jest przestrzenny rozkład atomów pozytonium, czyli stanów związanych elektronu i pozytonu, które powstają w ciele pacjenta w czasie badania PET. Zespół profesora Moskala z UJ oraz ich współpracownicy z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie,  Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Uniwersytetu w wiedniu i włoskiego Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej, jako pierwszy pokazał, w jaki sposób zrekonstruować rozpad pozytonium na trzy fotony.
      Możliwość rekonstrukcji takiego właśnie rozpadu pozytonium pozwala na opracowanie niekonwencjonalnych sposobów obrazowania PET. Umożliwia również prowadzenie badań podstawowych. Profesor Moskal i jego grupa opublikowali na łamach Nature Communications artykuł, w którym opisali test symetrii względem połączenia odwrócenia ładunku (C), odbicia przestrzennego (P) i odwrócenia w czasie (T) w układach leptonowych. To tzw. test symetrii CPT. Dzięki wykorzystaniu J-PET osiągnęli niespotykaną dotychczas precyzję (10-4) takich badań przeprowadzonych za pomocą pozytonium.
      Projekt Jagielloński PET ma na celu stworzenie urządzenia, które pozwoli na jednoczesne obrazowanie całego ciała. Naukowcy chcą, by służyło ono zarówno do lokalizowania nowotworów, jak i określania stopnia ich złośliwości, badania rozprowadzania leków i ich metabolizmu. W skład zespołu pracującego nad nowatorskim rozwiązaniem wchodzą lekarze, biolodzy, chemicy, fizycy, elektronicy i informatycy. Urządzenie budowane jest w oparciu o technologię stworzoną na Uniwersytecie Jagiellońskim.
      Jednocześnie na uczelni powstaje Centrum Teranostyki. To termin stworzony z połączenia słów terapia i diagnostyka. Centrum będzie zajmowało się opracowywaniem rozwiązań technologicznych pozwalających na jednoczesne wykrywanie i leczenie chorób.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Główny autor badań, Maciej Dąbrowski z University of Exeter mówi, że uzyskane przez nas eksperymentalne potwierdzenie istnienie mechanizmu przemijających fal spinowych pokazuje, że transfer momentu pędu pomiędzy spinami a strukturą krystaliczną antyferromagnetyka można uzyskać w cienkowarstwowym NiO. To otwiera drogę do zbudowania nanoskalowych wzmacniaczy prądu spinowego.
      Doktor Dąbrowski jest głównym autorem opublikowanego na łamach Physical Review Letters artykułu, którego autorzy informują o dokonaniu przełomu w dziedzinie spintroniki. Przełomu, który może doprowadzić do powstania energooszczędnych, niezwykle wydajnych urządzeń elektronicznych.
      Obecnie technologie informacyjne opierają się na elektronice. Do przechowywania i przenoszenia danych wykorzystujemy ładunek elektronu. Intensywnie jednak rozwija się spintronika, która do tych samych zadań wykorzystuje nie ładunek, a spin elektronu. Przed trzema laty informowaliśmy, że naukowcy z Instytutu Fizyki PAN badają możliwość przenoszenia informacji przez fale spinowe. Wyobraźmy sobie materiał magnetyczny, w którym wszystkie spiny są jednakowo ukierunkowane. Jeśli odchylę jeden spin, to będzie próbował on wrócić do swojego punktu równowagi. Jednak jego ruch wychwyci już spin sąsiedniego elektronu i on również się wychyli. Przez wzajemne oddziaływanie między spinami to wychylenie – czyli zaburzone lokalnie namagnesowanie – będzie się rozchodziło w materiale, przyjmując formę fali. To właśnie nazywamy falą spinową, tłumaczyła wówczas doktor Ewa Milińska.
      Teraz naukowcy z Uniwersytetów w Exeter, Oksfordzie, Berkeley oraz uczeni z Advanced Light Source i Diamond Light Source dowiedli eksperymentalnie, że zmienne prądy spinowe o wysokiej częstotliwości mogą być przesyłane i wzmacniane w cienkiej warstwie tlenku niklu (NiO). Eksperymenty wykazały, że prąd spinowy w cienkowarstwowym NiO jest propagowany przez krótkotrwałe fale spinowe. Mamy tutaj do czynienia ze zjawiskiem podobnym do tunelowania kwantowego.
      Zjawisko to zachodzi w temperaturze pokojowej i odbywa się przy częstotliwościach liczonych w gigahercach, dzięki czemu w przyszłości można je będzie wykorzystać do energooszczędnego i szybkiego przekazywania danych.
      Tymczasem naukowcy już myślą o udoskonalaniu spintroniki. W Instytucie Fizyki Jądrowej PAN trwają prace nad raczkującą dopiero magnoniką.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jeszcze szybsze procesory, o jeszcze mniejszych rozmiarach? Tam, gdzie z wydajnością i miniaturyzacją nie poradzą sobie ani elektronika, ani spintronika, na ratunek przyjdzie magnonika. Lecz zanim to się stanie, naukowcy muszą się nauczyć, jak dokładnie symulować przepływy fal magnetycznych przez kryształy magnoniczne. W Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie właśnie wykonano ważny krok w tym kierunku.
      Można się kłócić, czy liczba dziur w serze ma związek z jego jakością czy nie. Fizycy zajmujący się materiałami magnonicznymi nie mają takich dylematów: im więcej dziur w materiale, tym jego właściwości magnetyczne stają się ciekawsze, ale i radykalnie trudniejsze do opisania i modelowania. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Scientific Reports grupa fizyków doświadczalnych i teoretycznych z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie zaprezentowała nowy, doświadczalnie zweryfikowany model, który po raz pierwszy pozwala z dużą dokładnością symulować lokalne zmiany właściwości magnetycznych kryształów magnonicznych. Pod tą egzotyczną nazwą kryją się cienkie, wielowarstwowe struktury metaliczne zawierające regularną siatkę mniejszych lub większych, mniej lub bardziej stykających się ze sobą okrągłych dziur. Krakowskie analizy sugerują ponadto, że zjawiska magnetyczne zachodzące w kryształach magnonicznych są bardziej złożone niż dotychczas przewidywano.
      Wielowarstwowe struktury metaliczne o regularnej siatce okrągłych dziur są badane od niedawna – i nie bez problemów. Rzecz w tym, że owa sieć dziur w dramatyczny sposób zmienia właściwości magnetyczne układu, zwłaszcza sposób, w jaki propagują się w nim fale magnetyczne. Zjawiska stają się tak skomplikowane, że dotychczas nikt nie potrafił ich dobrze opisać i symulować - mówi dr inż. Michał Krupiński (IFJ PAN).
      Elektronika to przetwarzanie informacji za pomocą ładunków elektrycznych elektronów przepływających przez układ. Spintronika, typowana na następczynię elektroniki, również korzysta ze strumieni elektronów, zwraca jednak uwagę nie na ich ładunek elektryczny, lecz na spin (innymi słowy: na właściwości magnetyczne). Na tle obu tych dziedzin magnonika wyróżnia się w sposób zasadniczy. W urządzeniach magnonicznych nie ma żadnych zorganizowanych przepływów nośników. Tym, co przepływa przez układ, są bowiem fale magnetyczne.
      Różnice między wspomnianymi dziedzinami łatwiej zrozumieć dzięki analogii ze światem sportu. Gdy stadion zapełnia się lub opróżnia, w jego obrębie płyną strumienie ludzi. Gdyby działała tu elektronika, zwracałaby uwagę na liczbę ludzi wchodzących lub wychodzących ze stadionu. Spintronika także przyglądałaby się przepływom ludzi, ale interesowałyby ją ruchy osób o włosach ciemnych bądź jasnych. W tej analogii magnonika zajmowałaby się przepływem... meksykańskich fal. Takie fale potrafią okrążyć cały stadion mimo faktu, że żaden kibic nie oddala się od swojego fotela.
      Swoje kryształy magnoniczne fizycy z Krakowa wytwarzali z użyciem metody wynalezionej przez prof. Michaela Giersiga z Freie Universität Berlin, a rozwiniętej w IFJ PAN przez dr. Krupińskiego. Pierwszy krok polega tu na naniesieniu nanocząstek z polistyrenu na niemagnetyczne podłoże (np. krzem). Kulki samoczynnie się porządkują, przy czym w zależności od warunków mogą to robić w różny sposób. Podłoże pokryte uporządkowanymi kulkami zostaje następnie poddane w komorze próżniowej działaniu plazmy, co pozwala w kontrolowany sposób zmniejszać średnicę kulek. Na tak przygotowaną próbkę nanosi się cienkie warstwy odpowiednich metali, jedna po drugiej. Po naniesieniu wszystkich warstw materiał przemywa się rozpuszczalnikami organicznymi w celu usunięcia kulek. Efektem końcowym jest periodyczna struktura przypominająca mniej lub bardziej gęste sito, trwale przyklejone do krzemowego podłoża (potencjalnie nie musi być ono sztywne, grupa z IFJ PAN potrafi wytwarzać również podobne struktury np. na podłożach z elastycznych polimerów).
      Badane przez nas układy składały się z 20 naprzemiennie ułożonych warstw kobaltu i palladu. Są to struktury bardzo cienkie. Ich grubość wynosi zaledwie 12 nanometrów, co odpowiada mniej więcej 120 atomom - informuje dr Krupiński.
      W zależności od rozmiarów dziur, między miejscami ich styku tworzą się większe lub mniejsze obszary o kształtach zbliżonych do trójkąta. Atomy w obrębie tych obszarów można magnesować w ten sam sposób, tworząc tzw. bąble magnetyczne. Bąble mogą służyć do przechowywania informacji, a zmiany ich namagnesowania pozwalają na propagowanie się fal magnetycznych w układzie.
      Model teoretyczny, zbudowany w IFJ PAN pod kierunkiem dr. inż. Pawła Sobieszczyka, opisuje zjawiska magnetyczne zachodzące w kryształach o wielkości dwa na dwa mikrometry. W skali mikroświata rozmiary te są ogromne: liczba atomów jest tak duża, że symulowanie zachowań pojedynczych atomów przestaje być możliwe. Jednak z uwagi na wzajemne oddziaływanie magnetyczne, momenty magnetyczne sąsiednich atomów zwykle są zorientowane w prawie tym samym kierunku. Spostrzeżenie to pozwoliło pogrupować atomy w małe objętości (woksele), które można było traktować jak pojedyncze obiekty. Zabieg ten radykalnie obniżył złożoność obliczeniową modelu i umożliwił przeprowadzenie symulacji numerycznych, które zrealizowano w Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet AGH w Krakowie.
      Kluczem do sukcesu okazał się pomysł uwzględnienia w modelu niedoskonałości spotykanych w rzeczywistych kryształach magnonicznych - mówi dr Sobieszczyk i wylicza: Przede wszystkim rzeczywiste struktury nigdy nie są idealnymi kryształami. Zwykle to zlepki wielu kryształków zwanych krystalitami. W zależności od rozmiarów i kształtu, krystality mogą mieć różne właściwości magnetyczne. Co więcej, w układzie mogą się pojawić zanieczyszczenia chemiczne. Powodują one, że pewne obszary materiału tracą właściwości magnetyczne. Wreszcie, poszczególne warstwy metaliczne mogą być miejscami cieńsze, miejscami grubsze. Nasz model działa tak precyzyjnie, ponieważ uwzględnia wszystkie te efekty.
      Zaprezentowany model przewiduje istnienie ciekawego, dotychczas nieobserwowanego zjawiska. Gdy dwa sąsiednie bąble są namagnesowane przeciwnie, momenty magnetyczne atomów między nimi mogą zmieniać swoją orientację albo obracając się równolegle do płaszczyzny warstwy, albo prostopadle. Między bąblami tworzy się wówczas coś w rodzaju ścian, w pierwszym przypadku nazywanych ścianami Blocha, w drugim – ścianami Néela. Dotychczas zakładano, że w danym krysztale magnonicznym mogą występować tylko ściany jednego rodzaju. Model opracowany przez fizyków z IFJ PAN sugeruje, że w tym samym krysztale możliwe jest występowanie ścian magnetycznych obu rodzajów.
      Magnonika dopiero raczkuje. Droga do złożonych procesorów – mniejszych, szybszych, na dodatek o strukturze logicznej, którą można byłoby przeprogramowywać zależnie od potrzeb – jest jeszcze daleka. Pamięci magnoniczne i nowatorskie czujniki, zdolne wykrywać niewielkie ilości substancji, wydają się bardziej realne. Zrozumienie mechanizmów odpowiedzialnych za własności magnetyczne kryształów magnonicznych i sposoby przepływu fal magnetycznych przybliża nas ku tego typu urządzeniom. To ważny krok, po którym z pewnością przyjdą następne.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...