ENGINEERINGNET.BE - Magneten bestaan uit een noord- en zuidpool. Als je dieper inzoomt op een gewone koelkastmagneet, dan zie je kleine magneetjes op atoomschaal, zogenaamde ‘spins’, die allemaal in dezelfde richting staan en daarmee de noord- en zuidpool bepalen.
Maar er zijn ook bepaalde materialen die een ‘spin-glas’ kunnen zijn, waarbij de spins op een willekeurige manier voorkomen en in allerlei verschillende richtingen wijzen. De naam ‘spin-glas’ is afgeleid van de amorfe en veranderlijke structuur van atomen in een stuk glas.
Het is bekend dat spin-glas gedrag soms voorkomt in legeringen (combinaties van metalen met één of meer andere elementen met een amorfe structuur) maar nooit in pure elementen uit het periodiek systeem.
Verrassend genoeg hebben de Radboudonderzoekers ontdekt dat de atoomspins in neodymium wervelen als een helix, maar ook constant dit patroon veranderen. Deze nieuwe soort toestand van een materiaal hebben de onderzoekers ‘zelf-geïnduceerd spin-glas’ genoemd.
‘In Nijmegen zijn we specialisten op het gebied van scanning tunnelling microscopie. Met deze techniek kunnen we de structuur van atomen zien en daarbij ook de noord- en zuidpool van de atomen bepalen’, legt onderzoeker Daniel Wegner uit. ‘Hiermee waren we in staat om het gedrag van neodymium te ontdekken, omdat we enorm kleine veranderingen in de magnetische structuur konden zien.’
Dit complexe gedrag zou nu ook gevonden kunnen worden in ontelbare nieuwe materialen, waaronder in andere elementen uit het periodiek systeem. Deze vinding zorgt voor meer fundamentele basiskennis over de eigenschappen van materialen. Het biedt ook een experimenteel terrein waarmee nieuwe theorieën zijn te vormen, en waarmee natuurkunde is te koppelen aan andere vakgebieden zoals theoretische hersenwetenschap.
Neodymium zou bijvoorbeeld een goed materiaal kunnen zijn om gedrag mee na te bootsen, zoals dat gedaan wordt bij kunstmatige intelligentie. Alle complexe patronen die in dit materiaal kunnen worden opgeslagen, kunnen worden gekoppeld aan beeldherkenning.
Er is steeds meer vraag naar materialen die zelf taken kunnen uitvoeren zoals de hersenen dat kunnen, door de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie en de grote energievoetafdruk die het achter laat.
Op de figuur:
In tegenstelling tot gewone magneten, hebben spin-glas materialen op willekeurige plaatsen atoomspins die verschillende richtingen op wijzen. Zelf-geïnduceerde spin-glas materialen bestaan uit wervelende magneetjes die op verschillende snelheden draaien en steeds door de tijd heen veranderen.
