Magnetiska metamaterial kan bilda polymerer

Forskare vid Uppsala universitet har med hjälp av avancerade datorsimuleringar upptäckt att artificiellt framställda magnetiska material, så kallade metamaterial, kan bilda polymerer på liknande sätt som atomer naturligt binder till varandra i olika typer av plaster.

En stor samling ringar, inuti vilka magnetiseringen ger upphov till bindning mellan ringarna. Nätverk av bundna ringar kan betraktas som konstgjorda polymerer och uppvisar liknande beteende vid uppvärmning och kylning. Bild: Samuel Dingeman Slöetjes.

Metamaterial är ett material som består av en massa små magneter, vanligtvis avlånga eller runda öar av nanomagneter, som är hundra gånger mindre än ett hårstrå. I den nya studien har forskarna studerat metamaterial som istället är uppbyggda av magnetiska ringar. Dessa magnetiska ringar är mer rörliga än de klassiska nanomagneterna och kan organisera sig och koppla till varandra på ett mer flexibelt sätt.

– Något så enkelt som att ändra formen på nanomagneterna ger upphov till en uppsättning helt nya fenomen. Systemen har en mycket större frihet att bilda intressanta mönster och är mer flexibla, vilket gör dem praktiska att använda i framtida potentiella neuralbaserade nätverk, som påminner om hjärnans uppbyggnad, säger Samuel Dingeman Slöetjes, forskare vid institutionen för fysik och huvudförfattare till artikeln.

Forskarna upptäckte att storleken på polymererna ökade när temperaturen höjdes upp till en kritisk temperatur, varpå storleken på polymererna minskade igen när temperaturen höjdes ytterligare. Detta beteende, att materialets tillstånd och dess egenskaper förändras, visar på en fasövergång på motsvarande sätt som när vatten övergår till ånga eller en järnbit värms upp till en kritisk temperatur och då förlorar sin magnetism.

Det ringformade metamaterialet i studien är också intressant då det kan användas för fundamentalt nya beräkningsteknologier. Det ökade intresset för magnetiska metamaterial på senare tid beror på deras förmåga att utföra beräkningar som efterliknar hjärnans beräkningar och de är därför mer energieffektiva för specifika tillämpningar såsom AI och maskininlärning.

– Det ringformade metamaterialet vi studerat visar på nätverksformationer liknande de som finns i den mänskliga hjärnan. Vi har också sett tecken på ett kritiskt tillstånd, det vill säga ett tillstånd mellan kaos och ordning, som det spekuleras om är det tillstånd hjärnan befinner sig i under optimala tankeprocesser. Dessa likheter tyder på en lovande fortsatt väg framåt för vidare forskning inom fältet, säger Matías Grassi, postdoktor vid institutionen för fysik och astronomi och medförfattare till studien.

Artikelreferens

Samuel D. Slöetjes, Matías P. Grassi, och Vassilios Kapaklis, Polymerization in magnetic metamaterials, Phys. Rev. Research 5, L032029 – Publicerad 30 augusti 2023. DOI:https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.5.L032029

Artikeln har också valts ut som Editor´s selection av Physical Review Letters. https://journals.aps.org/prresearch/

Camilla Thulin

FÖLJ UPPSALA UNIVERSITET PÅ

facebook
instagram
youtube
linkedin