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Trippy 'Vortex Rings' in magnetischem Material zum ersten Mal gesehen, sagt Studie

Das Studium des Magnetringwirbels könnte dazu beitragen, die Datenwissenschaft und die neuromorphe Technik voranzutreiben.

Überall, wo wir Flüssigkeit finden, finden wir auch Wirbelringe. Kürzlich entdeckten Wissenschaftler sie an einem faszinierenden Ort - in einer winzigen Säule aus magnetischem Material: der intermetallischen Gadolinium-Kobalt-Verbindung namens GdCo2, laut a aktuelle Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Natur .

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Trippy 'Wirbelringe', die zum ersten Mal im magnetischen Material zu sehen sind

Wenn wir an Materialringe denken, erinnern wir uns normalerweise an Rauch oder Unterwasser- Blasenringe - und sie entstehen, wenn Flüssigkeit auf sich selbst zurückfließt, nachdem sie durch den verengten Raum eines Lochs oder Rohrs gelangt ist.

Die neue Studie markiert das erste Mal, dass Wirbelringe in einem magnetischen Material identifiziert wurden - und bestätigt eine jahrzehntelange Vorhersage. Darüber hinaus könnte sie Wissenschaftlern helfen, noch komplexere theoretisch vorhergesagte magnetische Strukturen zu bestätigen - solche, mit denen wir möglicherweise neue und neue entwickelninspirierende Technologien.

Magnetringwirbel gepaart mit Antivortex

Magnetische Ringwirbel wurden ursprünglich vor mehr als 20 Jahren vorhergesagt - 1998, als der Physiker Nigel Cooper von der Universität Cambridge der Welt zeigte, wie magnetische Wirbel den Wirbelringen nicht unähnlich sind, die wir häufig in der Fluiddynamik sehen. Die empirische Suche nach Zeugenes war jedoch viel schwieriger, sie fruchtbar zu machen.

Schließlich wurde die Technologie entwickelt, die erforderlich ist, um die Magnetisierung innerhalb eines Materials jenseits der Oberflächenschicht abzubilden - im Jahr 2017. Forscher der ETH Zürich und des Paul Sherrer Instituts haben eine Röntgen Nanotomographietechnik, mit der ein 3D-Bild der Magnetisierungsstruktur innerhalb eines GdCo2-Magneten aufgenommen werden kann Wissenschaftswarnung Berichte .

Während der Experimente fanden die Forscher unter der Leitung von Claire Donnelly von der ETH Zürich Wirbel, wie wir sie sehen, wenn wir ein Waschbecken aus dem Wasser ziehen. Solche Wirbel wurden sogar mit ihren topologischen Gegenstücken, sogenannten Antivortices, gepaart.

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Magnetische Ringstrukturen 'unerwartet stabil'

Die Wirbel verhielten sich jedoch nicht so, wie Wissenschaftler es erwartet hatten. Flüssigkeitsringe sind ständig in Bewegung und halten nur kurze Zeit an. Daher dachten sie, magnetische Ringwirbel würden dem gleichen Verhaltensmuster folgen - vor dem Verblassen durch magnetisches Material rollenWeg.

Im Widerspruch zur Theorie hielten sich die neuen trippigen Wirbel in einem statischen Zustand - sie verschwanden nur, wenn der GdCo2 geglüht oder erhitzt und starken Magnetfeldern ausgesetzt wurde - ein Prozess, der zur Neuorientierung der Magnetisierung verwendet wird.

"Eines der Haupträtsel war, warum diese Strukturen so unerwartet stabil sind - wie Rauchringe sollen sie nur als sich bewegende Objekte existieren", sagte Donnelly, der jetzt mit der Universität Cambridge zusammenarbeitet. Wissenschaftswarnung .

Das Studium magnetischer Wirbelringe kann dazu beitragen, die Technologie der nächsten Generation voranzutreiben.

"Durch eine Kombination aus analytischen Berechnungen und Überlegungen zu den Daten haben wir die Wurzel ihrer Stabilität gegenüber der magnetostatischen Wechselwirkung bestimmt", fügte Donnelly hinzu.

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Zur Vereinfachung interagieren diese neu beobachteten Wirbel mit Magnetisierung Strukturen, die sie umgeben - die Ringe an Ort und Stelle halten und eine Stabilisierung bewirken. Die Untersuchung, wie sie ein stabiles Muster bilden und halten, könnte den Physikern helfen, zu verstehen, wie sie magnetische Wirbelringe steuern können - was ihnen dann helfen kann, bessere, fortschrittlichere Technologien aufzubauen.wie neuromorphes Engineering oder Datenspeicherung.

Ein Wirbelring beim Verlassen einer Pistolenmündung. Quelle : George Kenneth Lucey Jr. und Dr. D. Lyon Forschungslabor der Armee, Frank Dindl Zentrum für Rüstungsforschung, -entwicklung und -technik / Wikimedia

Jeder Ringwirbel, den wir sehen, weist auf die trippige Zukunft der Magnettechnologie hin.

Darüber hinaus könnten uns die neu beobachteten Wirbelringe auch dabei helfen, die Magnetisierung selbst besser zu erfassen. Die Rolle, die Singularitäten bei Magnetisierungsprozessen spielen, ist beispielsweise nicht die am weitesten entwickelte Wissenschaft. Die Beobachtung von Wirbelringen könnte ebenfalls Hinweise gebenan anderen komplexen Strukturen könnten Wissenschaftler detaillierter untersuchen, wie Solitonen - auch Magnetwellen genannt.

"Die Berechnung und Visualisierung der magnetischen Wirbel und Vorbilder haben sich als wesentliche Werkzeuge für die Charakterisierung der beobachteten dreidimensionalen Strukturen erwiesen", schrieben die Forscher in der neues Papier .

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"Die Beobachtung stabiler magnetischer Wirbelringe eröffnet Möglichkeiten für weitere Untersuchungen komplexer dreidimensionaler Solitonen in Volumenmagneten und ermöglicht die Entwicklung von Anwendungen auf der Grundlage dreidimensionaler magnetischer Strukturen", fügten die Forscher hinzu.

Wann immer wir uns Ringmuster ansehen Rauch oder Flecken von sprudelndem Wasser, wir sehen mehr als nur einfache Wirbel von Gas oder Flüssigkeit, die auf sich selbst zurückrollen - wir erhaschen einen Blick auf ein Materialverhalten, das eine Rolle bei der nächsten Generation der Datenspeicherung, der neuromorphen Technik, spielen soll, Solitonen und vieles mehr - alles so wichtig für zukünftige Technologien wie die Ringe selbst trippy .

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