28/05/2013 - Die Forscher erzeugen die Scanner, um magnetische Feuer zu erzeugen und zu untersuchen, wie ihre Energie verteilt wird

Menéame

Die Ausbreitung des Rufes Magnetfeuer bei bestimmten Systemen der einzige Verbrennungsprozess, der durch Quantengesetze kontrolliert wird, die in der Art des Kerosins bekannt sind, Javier Tejada, Professor für Physik der kondensierten Materie der UB und einer der Autoren einer kürzlich veröffentlichten Arbeit in der Zeitschrift Physical Review Letters (PRL), wo die Art und Weise, in der die Energie in Magnetmaterialien gehalten und verbreitet wird, durch einen ähnlichen Prozess wie bei Waldbränden offenbart wird.

Die Arbeit, die von Forschern der Universität von New York(NYU), Universitat de Barcelona, die New York City University (CUNY), und die University of Florida (UF), hat auch erlaubt, Parameter der Reaktion durch die Einstellung von Magnetfeldern zu steuern. Darüber hinaus sind solche Reaktionen für die Gestaltung der magnetischen Werkstoffe für die Speicherung von Energie relevant, da das magnetische Feuer zu einer schnellen und kontrollierten Freisetzung der gespeicherten Energie führen kann, was zu einer signifikanten Energieemission, z. B. in einem elektrischen Generator, führt.

Die Waldbrände werden durch einen ersten Flammen oder Funken, der einen Stoff - einen Stamm oder einen Zweig - erwärmt, ausgebreitet, der Wärme freisetzt, die das Feuer auf andere Stämme oder Zweige ausbreitet, wodurch ein kleiner Funke in einen selbsttragenden und in diesem Fall verheerenden und irreversiblen Prozess umgewandelt wird.

Bei magnetischen Materialien sind die Forscher zu dem Schluss gekommen, dass auch ein nickelförmiger Chip erforderlich ist, um diesen Prozess zu beginnen, der beginnt, wenn die Ausrichtung der Spins im Material umgekehrt wird, entsprechend den magnetischen Polen der Atome. Der Unterschied in diesem Fall besteht darin, dass das Material am Ende erhalten bleibt; aber mit allen Sphinesen, die in Bezug auf ihre ursprüngliche Ausrichtung investiert werden, was im Gegensatz zu Waldbränden den Prozess in die entgegengesetzte Richtung zurücksetzen lässt, d.h., dass der Prozess reversibel ist. Es kann betont werden, dass diese Prozesse häufig in der Natur vorkommen; das gilt beispielsweise für das Zellwachstum oder die Verbreitung von Informationen aus der Forstwirtschaft, erklärt Ferran Macià, Koautor der Arbeit und derzeit postdoktoraler Forscher an der CNYU als Teil der Zusammenarbeit dieser Universität mit der UB.  

Quantenmagnetische Deflation

Die ersten Experimente, bei denen die Existenz des magnetischen Feuers deutlich wurde, gehen acht Jahre zurück, dank der Arbeit der Myriam P. Sarachick, Professorin für Physik der CUNY. Im Anschluß an diese Arbeiten entdeckte die UB-Forschergruppe den Aufruf zur Quantenmagnetische Deflasion.

In dieser Studie, die in der Zeitschrift PRL mit einem Meinungsartikel (viewpoint), Wissenschaftler haben außerdem festgestellt, dass die magnetischen Materialien schaltbar sind, die Aktivierungsenergie, die für die Reaktionsstartung verantwortlich ist, durch Magnetfelder gesteuert werden kann, wodurch systematische Untersuchungen der physikalischen Mechanismen des Energieflusses ermöglicht werden, wie Saul Vélez, Doktortitel der UB und derzeit Postdoktoralforscher in der Vereinigung für kooperative Forschung in Nanowissenschaften (CIC nanoGUNE) von San Sebastián zeigt. Dieses Verhalten unterscheidet sich zum Beispiel vom Fall der chemischen Kampfstoffe, bei denen Parameter wie Aktivierungsenergie oder freigesetzte Energie kaum kontrolliert werden können.

Um diese Kontrolle zu erreichen, haben die Forscher eine spin-konfigurierte Hexen-Schiebemaschine hergestellt, die der chemischen Wirkung eines Streichholzes entspricht. Für die Durchführung werden kleine einzelne Kristalle eines molekularen Magneten verwendet, der ähnlich wie ein Kompass magnetisiert werden kann. Durch einen wie Funken wirkenden Wärmepuls werden die nahe gelegenen Moleküle in die Richtung des Magnetfeldes gedreht, wodurch Energie frei wird und sie zu den nahe gelegenen Molekülen verbreitet werden. Darüber hinaus konnten wir die Geschwindigkeit dieses Prozesses durch die Anpassung des Magnetfeldes kontrollieren, um festzustellen, unter welchen Bedingungen Energie freigesetzt wird und wie es sich ausbreitet, sagt Macià.

Diese Ergebnisse sind aufregend, und wir versuchen jetzt, die Situationen zu untersuchen und besser zu verstehen, in denen das magnetische Feuer spontan ohne einen Funken fängt, so Andrew Kent, Professor für Physik der NYU und Leiter des Labors, in dem die Experimente durchgeführt wurden.

Das von Javier Tejada angeführte UB-Team hat auch festgestellt, dass die Ausbreitung des magnetischen Feuers in einer Vielzahl von Materialien auftritt und dass es in einigen Fällen mit sehr schnellen Veränderungen des elektrischen Widerstands oder der Kristallstruktur einhergeht. Im ersten Fall wird festgestellt, dass das Material mit der Ausbreitung des magnetischen Feuers von einer elektrischen Isolierung auf einen Leiter verlagert wird; im zweiten Fall wird, wie Tejada erklärt, festgestellt, dass es, wie das magnetische Feuer ausbreitet, durch Zerstörung der Struktur des Scanners, in diesem Fall der Ordnung der Atome des Festkörpers, und durch Bau einer Scannerhaus mit einer neuen Struktur, die einer neuen Ordnung der Scannern Atome gleichkommt. 

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Artikel

P. Hoch, S. Vélez, F. Macià, S. Li, M. P. Saraschik, J. Djejada, S. Mukherjee, G. Christou und A. D. Kent. HlaingOnset of a Propagating Self-Sustained Spin Reversal Front in a Magnetic System». Physical Review Letters, Mai 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.207203

Stellungnahme
Je-Geun Park und Carley Paulsen.Viewpoint: Fire in a Quantum Mechanical Forest- Ja. Physics, Mai 2013. DOI: 10.1103/Physics.6.55

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Universitat de Barcelona

Bild: A. D. Kent, UNY

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