Уникальные свойства можно менять: физики сделали новое открытие о редкоземельных элементах

Фото: Getty Images

Редкоземельные элементы имеют удивительные магнитные свойства. Самые сильные магниты созданы с помощью таких элементов. Эти магниты входят в состав разных устройств, включая компьютерные компоненты, такие как жесткие диски. И все же, настраивать магнитные свойства редкоземельных элементов не так и просто. Но физики нашли способ сделать это прямо на субатомном уровне. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances, пишет IFLScience.

Из школьной программы по физике, вы вероятно помните изображение атома. На нем показаны электроны в виде шариков, которые вращается вокруг ядра атома. Но это не совсем так. Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому они толкают друг друга, в то время как положительно заряженное ядро ​​удерживает их близко друг к другу.

Взаимодействие между силами позволяет электронам находиться в определенном месте больше, чем в других местах в зависимости от квантово-механических свойств. Электроны размещаются орбиталях. Орбитали заполняются в определенном порядке, и существует четыре типа орбиталей: s, p, d и f. Различные обозначения относятся к разному распределению в пространстве и в основном орбитали имеют разную форму.

Химические элементы, такие как кислород или углерод, имеют только s- и p-орбитали. У металлов есть d-орбиталь, а у редкоземельных металлов могут быть как d-, так и f-орбитали. В случае тербия присутствуют орбитали f и s, перед каждой из которых стоят цифры, обозначающие энергию конкретной орбитали.

Решающее значение для этой работы имеет внешняя 4f-орбиталь, которая в случае тербия содержит восемь электронов. Физики направили на атом лазерный луч и обнаружили, что могут превратить эту орбиталь в другую под названием 5d. Она немного более энергичная, чем 4f, и электроны распределяются по-другому.

На квантовом уровне такое изменение может показаться небольшим, но магнитные свойства такого редкоземельного элемента, как тербий, берут начало именно на этой орбитали. Это изменение специфическим образом меняет свойства тербия, и с помощью лазерных лучей их можно полностью контролировать, говорят физики.

Стандартный подход к использованию этих материалов в магнитных носителях информации предполагает использование тепла для их изменения. Редкоземельные магниты и лазер могут сделать это быстрее и эффективнее.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform