நானோ காந்தங்கள் சரிவுகளில் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன?

சரிவுகளின் நடத்தை இயற்பியலாளர்களிடையே பல அமைப்புகளைப் பற்றிய நுண்ணறிவுக்கான ஆர்வத்தை உருவாக்கியுள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு நானோ காந்தங்களின் நுண்ணிய வரிசைகளை ஆய்வு செய்தது.  இது “ஒரு பரிமாண சீரற்ற புலம் ஐசிங் மாதிரி” என்று அறியப்படும் உன்னதமான தத்துவார்த்த மாதிரியின் முதல் சோதனை விளக்கத்தை வழங்குகிறது. முடிவுகள் இயற்பியல் ஆய்வுக் கடிதங்களில் வெளியிடப்பட்டன.

ஆய்வுக்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் நானோ காந்தங்களின் வரிசைகளை பீட்டர் ஷிஃபரின் ஆய்வகத்தில் அமைத்தனர்.  அப்ளைடு இயற்பியல் பேராசிரியரான W. ஃபிரடெரிக்  சோதனைக்கு தலைமை தாங்கினார். நானோ காந்தங்கள், ஒரு அங்குலத்தின் சில மில்லியனில் ஒரு பங்கு அளவு கொண்டவை.  இரண்டு குளிர்சாதனப் பெட்டி காந்தங்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று நெருக்கமாக இருப்பது போல ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்பு கொள்கின்றன. அதனால், மாற்று வரிசைகளில், நானோ காந்தங்களில் பாதி வட துருவம் மேலேயும், பாதி வட துருவம் கீழேயும் இருக்கும்.

ஒரு பெரிய மின்காந்தத்தைப் பயன்படுத்தி, குழு ஒரு காந்தப்புலத்தை அணிவரிசையில் பயன்படுத்தியது, இதனால் நானோ காந்தங்களின் ஒரு பகுதியை அவற்றின் துருவங்களை புரட்டவும் மற்றும் காந்தமாக மற்ற திசையில் சீரமைக்கவும் முடியும். மாற்றங்களைக் கண்டறிய, அவர்கள் காந்த விசை நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தினர், இது மிகச் சிறிய காந்த ஊசியைக் கொண்டுள்ளது, அது வட துருவம் அல்லது தெற்கே செல்கிறதா என்பதைப் பொறுத்து, காந்தத்தை நோக்கி கீழே இழுக்கப்படுகிறது அல்லது மேலே தள்ளப்படுகிறது.

அவர்களின் கண்டுபிடிப்புகளில், காந்த துருவங்கள் வரிசைகளில் கொத்தாக உள்ளன. ஒவ்வொரு நுண்ணிய புரட்டலும் துருவங்களை புரட்ட மற்றொரு காந்தங்களின் குழுவைப் பெறுகிறது – இதுவே சரிவு செயல்படும் விதம் ஆகும்.

“இதில் ஒரு முக்கிய விஷயம், ஏன்வென்றால் ஒன்று புரட்டும்போது, ​​​​அது அடுத்தவருக்கு கூடுதல் உத்வேகத்தை சேர்க்கிறது” என்று ஷிஃபர் கூறினார். “உண்மையில் நாம் அளவிடுவது இந்த புரட்டப்பட்ட கொத்துகளின் விநியோகம். எத்தனை சிறியவை? எத்தனை பெரியவை? பின்னர் அந்த கொத்துகளின் விநியோகத்தை நாம் மாதிரியுடன் ஒப்பிடுகிறோம், இது அந்த கொத்துகள் எப்படி இருக்க வேண்டும் என்பது பற்றிய கணிப்பு செய்து விநியோகிக்கப்பட்டது.”

ரேண்டம் ஃபீல்ட் ஐசிங் (random field Ising model) மாதிரியை ஒரு பரிமாணத்தில் துல்லியமாகப் பிரதிபலிக்கும் முதல் சோதனை இதுவாகும். இது பெரிய குழுக்களில் விஷயங்கள் எவ்வாறு நிகழ்கின்றன என்பதை விவரிக்க இயற்பியலாளர்களுக்கான அடிப்படை மாதிரிகளில் ஒன்றாகும். குறிப்பாக, இது இரண்டு நிலைகளில் ஒன்றில் இருக்கக்கூடிய விஷயங்களை உள்ளடக்கியது – இந்த விஷயத்தில், மேலே சுட்டிக்காட்டும் அல்லது கீழே சுட்டிக்காட்டும் விஷயங்கள்  உள்ளன.

“மாதிரி கணிப்பது என்னவென்றால்,  சரிவு அளவுகளின் விநியோகம் என்னவாக இருக்க வேண்டும்,” என்றும் ஷிஃபர் கூறினார். “அதைத்தான் நாங்கள் மிகவும் சுத்தமாகப் பார்க்கிறோம் – காந்த துருவங்கள் எவ்வாறு புரட்டுகின்றன என்பதன் விநியோகத்தை நாங்கள் அளந்தோம், மேலும் இது எதிர்பார்ப்புகள் என்ன என்பதை நம்பமுடியாத அளவிற்கு பொருந்துகிறது.”

ஒரு சுத்தமான சோதனை விளக்கத்தைக் கொண்டிருப்பதன் ஒரு நன்மை என்னவென்றால், இந்த நன்கு கட்டுப்படுத்தப்பட்ட நுண்ணிய அமைப்பில் கவனமாக வடிவமைக்கப்பட்ட மாறுபாடுகள், சில பொருட்கள் இழுக்கப்படும்போது எவ்வாறு பிரிந்து விழுகின்றன, அல்லது மின் முறிவுகளுக்கு என்ன காரணம் போன்ற நிஜ உலகில் மிகவும் சிக்கலான நிகழ்வுகளைப் புரிந்துகொள்ளவும் கணிக்கவும் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு உதவும்.

References:

• Modestov, M., Bychkov, V., & Marklund, M. (2011). Ultrafast spin avalanches in crystals of nanomagnets in terms of magnetic detonation. Physical review letters, 107(20), 207208.
• McHugh, S., & Sarachik, M. P. (2011). Magnetic avalanches in molecular nanomagnets. Modern Physics Letters B, 25(22), 1795-1807.
• Dion, C. M., Jukimenko, O., Modestov, M., Marklund, M., & Bychkov, V. (2013). Anisotropic properties of spin avalanches in crystals of nanomagnets. Physical Review B, 87(1), 014409.
• Heiney, K., Ramstad, O. H., Sandvig, I., Sandvig, A., & Nichele, S. (2019, December). Assessment and manipulation of the computational capacity of in vitro neuronal networks through criticality in neuronal avalanches. In 2019 IEEE Symposium Series on Computational Intelligence (SSCI)(pp. 247-254). IEEE.