Но это с точки зрения здравого смысла это естественно. Тепловые флуктуации идут в ноль, и, значит, естественно, никакого перемагничивания спонтанного нет.
Когда начали делать эксперименты, обнаружили, что, в общем-то, всё укладывается хорошо в теорию Луи Нееля. Но когда начали экспериментировать с ещё более мелкими, нанометровыми частицами, обнаружили интересный факт. Оказалось, что действительно, она идёт по Неелю, но когда мы приходим к низким температурам, порядка Кельвина, оказывается, что скорость становится постоянной и при дальнейшем понижении температуры не меняется. Это удивительный факт. Довольно быстро была выдвинута идея, что здесь мы имеем дело с макроскопическим квантовым туннелированием намагниченности частицы.
А.Г. Макроскопическим?
А.З. Да, магнитный момент всей частицы, макроскопический, он туннелирует как целое. Это напоминает, помните, кота Шрёдингера. Так вот эта частица, этот магнитный момент как целое, он переходит в другое состояние. Удивительный факт.
А.Г. То есть этот туннельный эффект, по сути дела - макроскопический?
А.З. Макроскопический, да. Конечно, это колоссально интересная штука, но не все физики согласились с этой идеей. Возражали, что частицы очень различны по размерам, дисперсия размеров есть. Поэтому скорости, размагничивая в разных частицах, тоже будут сильно различаться. И тут, в общем, можно всё что угодно получить. То есть возник тупик некий.
Но оказалось так, что параллельно с этим экспериментом появился новый интересный объект в суперпарамагнетизме. Это магнитные молекулы. Вот они здесь показаны. Магнитные молекулы - это органические молекулы, в которых имеются магнитные ионы. То есть это тоже, можно сказать, магнит, но на молекулярном уровне. И в отличие от магнитных частиц, тут они все калиброваны, так сказать, от Бога размер задан. И поэтому, если работать с такими объектами, уже никаких проблем с размером не возникает.
Итальянцы из Флоренции под руководством профессора Гаттески, они такие материалы синтезировали, ну, и конечно, физики их сразу подхватили, Mn-12, вот это нижняя левая молекула. И её взяли как основную и модельную, и на ней провели эксперименты. Эти эксперименты буквально несколько лет тому назад были сделаны. Сделаны они были в Гренобле и Нью-Йорке. И они, эти эксперименты, полностью доказали, что, действительно, здесь мы имеем дело с макроскопическим тунеллированием намагниченности. Вот это ответ на ваш вопрос. Электроны там только квантовыми свойствами обладают или в целом весь кластер? Вот здесь оказывается, что весь кластер проявляет квантовые свойства.
А.Г. А какими свойствами в данном случае обладает барьер?
А.З. Это хороший вопрос. Барьер, это фактически магнитная анизотропия, но в молекуле. И вот, молекула марганец-12, это действительно молекулярный магнит, она обладает петлёй гистерезиса, то есть у неё имеется анизотропия. То есть это магнит на молекулярном уровне. И вот это интересно и с практической точки зрения. Поскольку это магнит на молекулярном уровне, то мы можем использовать его для записи информации, т.е. одну молекулу. Конечно, эта идея очень простая, она появилась совсем недавно в «Нью-Йорк таймс», американские физики, её запустили. Сумасшедшая плотность, конечно. Она на четыре порядка больше, чем плотности современных магнитных дисков и так далее. Но идея, честно говоря, слишком сырая, слишком много трудностей, проблем на этом пути.
К.З. То есть управление.
А.З. Не только управление. Это хранение информации, низкая температура нужна и так далее. Но в целом идея здравая и она, конечно, не только у американцев, она и во всех лабораториях обсуждалась. Только американцы её смело подали в газету.
Но понятно сейчас, что нужно делать крупные молекулы для того, чтобы организовать эту систему. А для того чтобы сделать крупную молекулу, надо знать, как устроены молекулы внутри, какие там взаимодействия и так далее.
А.Г. То есть речь идёт уже не о синтезе органических молекул, которые обладают этими свойствами, а о создании некой молекулы.
А.З. О создании новых молекул, да. То есть надо разобраться с этими взаимодействиями. И вот я вам сейчас могу рассказать про эксперименты, которые мы провели сравнительно недавно с этими молекулами. Основная идея их была - полностью намагнитить эту молекулу. Она так сложно устроена, что для этого нужны поля порядка миллионов гаусс. Это большая проблема. Но оказалось, в России такие поля есть. И они есть в Арзамасе-16, в Сарове - это федеральный ядерный центр. Они были созданы тогда, когда Сахаров ещё там работал. Он был создателем этих полей. Потом академик Павловский подхватил это дело, и сейчас они сохранились.
И вот несколько лет тому назад меня пригласили туда на чашку чая обсудить возможности использования их полей для магнитных физических измерений. И одно из предложений, которое мы обсуждали, это вот намагничивание этих больших молекул. Вернувшись оттуда, мы с моим другом, профессором Поповым Александром Ивановичем из Зеленограда, рассчитали этот процесс намагничивания. И обнаружили одну интересную штуку, что процесс действительно идёт в мегагауссных полях, но идёт квантовым образом, квантовые скачки возникают. И после этого расчёта мы достали эти материалы, французы, итальянцы помогли с этим делом, и начали эксперименты. Несколько лет вели, у нас в России, в Арзамасе-16, в Сарове, в Америке, в Лос-Аламосе, американцы тоже к этой работе подключились. И в результате действительно измерили процесс намагничивания, получили петлю намагничивания, то есть полностью намагнитили молекулу. И действительно увидели, что процесс намагничивания идёт путём квантовых скачков. Вот сейчас эту картинку хорошо было бы показать.
То есть процесс намагничивания молекулы идёт путём квантовых скачков. Это был важный момент. И вот эта нижняя кривая, она как раз показывает, как ведёт себя восприимчивость этой молекулы, виден пик восприимчивости, он находится при полях примерно 600 Тесла, то есть это 6 миллионов Эрстед. Это реально было всё сделано. И я эту картинку очень люблю и горжусь этой картинкой. Какой результат? То есть фактически мы сейчас, после того как включились теоретики и раздраконили эту молекулу, мы знаем все взаимодействия. Конечно, работы ещё довольно много с этой молекулой и с другими. Но это путь к измерению того, как внутри устроены эти молекулы, это нужно для синтеза новых молекул. Вот это самый последний и новый результат. И это тоже проявление квантового поведения этих объектов.
А.Г. А синтез нужен для создания новых технологий, которые приведут в том числе и к созданию новых макрообъектов, которые будут работать на нанопринципах. Например, компьютеров.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
Когда начали делать эксперименты, обнаружили, что, в общем-то, всё укладывается хорошо в теорию Луи Нееля. Но когда начали экспериментировать с ещё более мелкими, нанометровыми частицами, обнаружили интересный факт. Оказалось, что действительно, она идёт по Неелю, но когда мы приходим к низким температурам, порядка Кельвина, оказывается, что скорость становится постоянной и при дальнейшем понижении температуры не меняется. Это удивительный факт. Довольно быстро была выдвинута идея, что здесь мы имеем дело с макроскопическим квантовым туннелированием намагниченности частицы.
А.Г. Макроскопическим?
А.З. Да, магнитный момент всей частицы, макроскопический, он туннелирует как целое. Это напоминает, помните, кота Шрёдингера. Так вот эта частица, этот магнитный момент как целое, он переходит в другое состояние. Удивительный факт.
А.Г. То есть этот туннельный эффект, по сути дела - макроскопический?
А.З. Макроскопический, да. Конечно, это колоссально интересная штука, но не все физики согласились с этой идеей. Возражали, что частицы очень различны по размерам, дисперсия размеров есть. Поэтому скорости, размагничивая в разных частицах, тоже будут сильно различаться. И тут, в общем, можно всё что угодно получить. То есть возник тупик некий.
Но оказалось так, что параллельно с этим экспериментом появился новый интересный объект в суперпарамагнетизме. Это магнитные молекулы. Вот они здесь показаны. Магнитные молекулы - это органические молекулы, в которых имеются магнитные ионы. То есть это тоже, можно сказать, магнит, но на молекулярном уровне. И в отличие от магнитных частиц, тут они все калиброваны, так сказать, от Бога размер задан. И поэтому, если работать с такими объектами, уже никаких проблем с размером не возникает.
Итальянцы из Флоренции под руководством профессора Гаттески, они такие материалы синтезировали, ну, и конечно, физики их сразу подхватили, Mn-12, вот это нижняя левая молекула. И её взяли как основную и модельную, и на ней провели эксперименты. Эти эксперименты буквально несколько лет тому назад были сделаны. Сделаны они были в Гренобле и Нью-Йорке. И они, эти эксперименты, полностью доказали, что, действительно, здесь мы имеем дело с макроскопическим тунеллированием намагниченности. Вот это ответ на ваш вопрос. Электроны там только квантовыми свойствами обладают или в целом весь кластер? Вот здесь оказывается, что весь кластер проявляет квантовые свойства.
А.Г. А какими свойствами в данном случае обладает барьер?
А.З. Это хороший вопрос. Барьер, это фактически магнитная анизотропия, но в молекуле. И вот, молекула марганец-12, это действительно молекулярный магнит, она обладает петлёй гистерезиса, то есть у неё имеется анизотропия. То есть это магнит на молекулярном уровне. И вот это интересно и с практической точки зрения. Поскольку это магнит на молекулярном уровне, то мы можем использовать его для записи информации, т.е. одну молекулу. Конечно, эта идея очень простая, она появилась совсем недавно в «Нью-Йорк таймс», американские физики, её запустили. Сумасшедшая плотность, конечно. Она на четыре порядка больше, чем плотности современных магнитных дисков и так далее. Но идея, честно говоря, слишком сырая, слишком много трудностей, проблем на этом пути.
К.З. То есть управление.
А.З. Не только управление. Это хранение информации, низкая температура нужна и так далее. Но в целом идея здравая и она, конечно, не только у американцев, она и во всех лабораториях обсуждалась. Только американцы её смело подали в газету.
Но понятно сейчас, что нужно делать крупные молекулы для того, чтобы организовать эту систему. А для того чтобы сделать крупную молекулу, надо знать, как устроены молекулы внутри, какие там взаимодействия и так далее.
А.Г. То есть речь идёт уже не о синтезе органических молекул, которые обладают этими свойствами, а о создании некой молекулы.
А.З. О создании новых молекул, да. То есть надо разобраться с этими взаимодействиями. И вот я вам сейчас могу рассказать про эксперименты, которые мы провели сравнительно недавно с этими молекулами. Основная идея их была - полностью намагнитить эту молекулу. Она так сложно устроена, что для этого нужны поля порядка миллионов гаусс. Это большая проблема. Но оказалось, в России такие поля есть. И они есть в Арзамасе-16, в Сарове - это федеральный ядерный центр. Они были созданы тогда, когда Сахаров ещё там работал. Он был создателем этих полей. Потом академик Павловский подхватил это дело, и сейчас они сохранились.
И вот несколько лет тому назад меня пригласили туда на чашку чая обсудить возможности использования их полей для магнитных физических измерений. И одно из предложений, которое мы обсуждали, это вот намагничивание этих больших молекул. Вернувшись оттуда, мы с моим другом, профессором Поповым Александром Ивановичем из Зеленограда, рассчитали этот процесс намагничивания. И обнаружили одну интересную штуку, что процесс действительно идёт в мегагауссных полях, но идёт квантовым образом, квантовые скачки возникают. И после этого расчёта мы достали эти материалы, французы, итальянцы помогли с этим делом, и начали эксперименты. Несколько лет вели, у нас в России, в Арзамасе-16, в Сарове, в Америке, в Лос-Аламосе, американцы тоже к этой работе подключились. И в результате действительно измерили процесс намагничивания, получили петлю намагничивания, то есть полностью намагнитили молекулу. И действительно увидели, что процесс намагничивания идёт путём квантовых скачков. Вот сейчас эту картинку хорошо было бы показать.
То есть процесс намагничивания молекулы идёт путём квантовых скачков. Это был важный момент. И вот эта нижняя кривая, она как раз показывает, как ведёт себя восприимчивость этой молекулы, виден пик восприимчивости, он находится при полях примерно 600 Тесла, то есть это 6 миллионов Эрстед. Это реально было всё сделано. И я эту картинку очень люблю и горжусь этой картинкой. Какой результат? То есть фактически мы сейчас, после того как включились теоретики и раздраконили эту молекулу, мы знаем все взаимодействия. Конечно, работы ещё довольно много с этой молекулой и с другими. Но это путь к измерению того, как внутри устроены эти молекулы, это нужно для синтеза новых молекул. Вот это самый последний и новый результат. И это тоже проявление квантового поведения этих объектов.
А.Г. А синтез нужен для создания новых технологий, которые приведут в том числе и к созданию новых макрообъектов, которые будут работать на нанопринципах. Например, компьютеров.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75