Τα μαγνητικά πεδία έχουν γοητεύσει τους επιστήμονες και τους απλούς ανθρώπους εδώ και αιώνες. Από τις πρώτες παρατηρήσεις των λίθων που έλκουν σιδερένια αντικείμενα μέχρι τις τελευταίες εξελίξεις στα μαγνητικά υλικά και τις τεχνολογίες, η μελέτη των μαγνητικών πεδίων έχει οδηγήσει σε βαθύτερη κατανόηση των θεμελιωδών νόμων της φύσης και στην ανάπτυξη αμέτρητων σύγχρονων ευκολιών.
Αυτό το άρθρο θα σας ταξιδέψει στην επιστήμη των μαγνητικών πεδίων, από τις θεμελιώδεις αρχές τους έως την έρευνα αιχμής που διευρύνει τα όρια αυτού του συναρπαστικού πεδίου. Θα εξερευνήσουμε τα βασικά στοιχεία του μαγνητισμού, τις ιδιότητες των μαγνητικών υλικών και τους διάφορους τρόπους με τους οποίους παράγονται και αξιοποιούνται τα μαγνητικά πεδία για πρακτικές εφαρμογές. Θα εμβαθύνουμε επίσης στα πιο εξωτικά πεδία των μαγνητικών φαινομένων, όπως η υπεραγωγιμότητα, ο κβαντικός μαγνητισμός και η αναζήτηση νέων υλικών με εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες.
Τα βασικά στοιχεία του μαγνητισμού
Ο μαγνητισμός είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα της ύλης που προκύπτει από την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Τα πιο γνωστά παραδείγματα μαγνητισμού είναι η έλξη μεταξύ αντίθετων πόλων μαγνητών και η απώθηση μεταξύ όμοιων πόλων. Οι μαγνήτες είναι αντικείμενα που έχουν καθαρή μαγνητική ροπή, πράγμα που σημαίνει ότι οι μαγνητικές ροπές των ατόμων ή μορίων που τους αποτελούν είναι ευθυγραμμισμένες προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Η μαγνητική ροπή ενός μαγνήτη είναι διανυσματικό μέγεθος, με μέγεθος και κατεύθυνση. Η κατεύθυνση μιας μαγνητικής ροπής καθορίζεται συνήθως από το διάνυσμα της μαγνητικής ροπής, το οποίο δείχνει από το νότιο πόλο προς το βόρειο πόλο του μαγνήτη. Το μέγεθος της μαγνητικής ροπής είναι ανάλογο της έντασης του μαγνητικού πεδίου του μαγνήτη.
Το μαγνητικό πεδίο είναι ένα αόρατο δυναμικό πεδίο που περιβάλλει μαγνητισμένα αντικείμενα και μαγνητικά υλικά. Είναι υπεύθυνο για τις ελκτικές και απωστικές δυνάμεις που δέχονται άλλοι μαγνήτες ή σιδηρομαγνητικά υλικά που βρίσκονται κοντά τους. Η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου μπορεί να απεικονιστεί με τη χρήση του κανόνα του δεξιού χεριού: αν τυλίξετε τα δάχτυλά σας γύρω από τον μαγνήτη προς την κατεύθυνση της μαγνητικής του ροπής, ο αντίχειράς σας θα δείξει προς την κατεύθυνση των γραμμών του πεδίου.
Η εξίσωση του μαγνητικού πεδίου
Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από έναν μαγνήτη ή ένα καλώδιο που μεταφέρει ρεύμα μπορεί να περιγραφεί μαθηματικά χρησιμοποιώντας τον νόμο Biot-Savart, ο οποίος συσχετίζει την ένταση του μαγνητικού πεδίου σε ένα σημείο του χώρου με την πυκνότητα του ρεύματος και την απόσταση από την πηγή. Ο νόμος Biot-Savart μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
B = μ0/4π \* ∫ Idl × r/r^3
Πού:
* B είναι η ένταση του μαγνητικού πεδίου σε ένα σημείο στην κατεύθυνση του μοναδιαίου διανύσματος r
* μ0 είναι η διαπερατότητα του κενού (περίπου 4π × 10^-7 H/m)
* I είναι η πυκνότητα ρεύματος (ρεύμα ανά μονάδα επιφάνειας)
* dl είναι το απειροελάχιστο στοιχείο του ρευματοφόρου καλωδίου
* r είναι το διάνυσμα θέσης από το σημείο ενδιαφέροντος στο απειροελάχιστο στοιχείο του σύρματος
Ο νόμος Biot-Savart είναι μια θεμελιώδης εξίσωση στον ηλεκτρομαγνητισμό και αποτελεί τη βάση για την κατανόηση της συμπεριφοράς των μαγνητικών πεδίων σε διάφορες καταστάσεις.
Μαγνητικά υλικά
Τα μαγνητικά υλικά είναι ουσίες που μπορούν να μαγνητιστούν, δηλαδή μπορούν να μαγνητιστούν παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου και να διατηρήσουν κάποιο βαθμό μαγνήτισης όταν απομακρυνθεί το εξωτερικό πεδίο. Ο πιο κοινός τύπος μαγνητικού υλικού είναι τα σιδηρομαγνητικά υλικά, τα οποία περιλαμβάνουν μέταλλα όπως ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο.
Ο σιδηρομαγνητισμός προκύπτει από την ευθυγράμμιση των μαγνητικών ροπών των μεμονωμένων ατόμων του υλικού. Στα σιδηρομαγνητικά υλικά, οι μαγνητικές ροπές γειτονικών ατόμων τείνουν να ευθυγραμμίζονται προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας περιοχές ομοιόμορφης μαγνήτισης που ονομάζονται περιοχές. Όταν εφαρμόζεται ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι περιοχές ευθυγραμμίζονται εκ νέου ώστε να ελαχιστοποιηθεί η ενέργεια που απαιτείται για τη διατήρηση του μαγνητικού πεδίου, με αποτέλεσμα το υλικό να μαγνητίζεται.
Μαγνητική υστέρηση
Όταν ένα σιδηρομαγνητικό υλικό υποβάλλεται σε μεταβαλλόμενο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, η μαγνήτισή του ακολουθεί μια χαρακτηριστική καμπύλη γνωστή ως βρόχος υστέρησης. Ο βρόχος υστέρησης χαρακτηρίζεται από δύο σημαντικές παραμέτρους: τη μαγνήτιση κορεσμού (Ms) και τη μαγνήτιση επαναφοράς (Mr).
Η μαγνήτιση κορεσμού είναι η μέγιστη μαγνήτιση που μπορεί να επιτύχει ένα υλικό παρουσία ισχυρού εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Η επανεμμένουσα μαγνήτιση είναι η μαγνήτιση που παραμένει στο υλικό μετά την απομάκρυνση του εξωτερικού πεδίου. Η διαφορά μεταξύ Ms και Mr είναι γνωστή ως απώλεια μαγνητικής υστέρησης, η οποία είναι ανάλογη της περιοχής που περικλείεται από το βρόχο υστέρησης.
Άλλοι τύποι μαγνητισμού
Ενώ ο σιδηρομαγνητισμός είναι η πιο κοινή και γνωστή μορφή μαγνητισμού, υπάρχουν και άλλοι τύποι μαγνητισμού που προκύπτουν από διαφορετικούς μηχανισμούς. Μερικοί από αυτούς περιλαμβάνουν: τον μαγνητισμό που προκαλείται από τη μαγνήτιση:
* Παραμαγνητισμός: Παραμαγνητισμός: Ο παραμαγνητισμός είναι μια ασθενής μορφή μαγνητισμού που παρουσιάζεται από υλικά που έχουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια στα ατομικά ή μοριακά τροχιακά τους. Παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια ευθυγραμμίζονται με το πεδίο, με αποτέλεσμα το υλικό να μαγνητίζεται ασθενώς. Τα συνήθη παραμαγνητικά υλικά περιλαμβάνουν το αλουμίνιο, το οξυγόνο και ορισμένα σύμπλοκα μετάλλων μετάπτωσης.
* Διαμαγνητισμός: Διαμαγνητισμός: Ο διαμαγνητισμός είναι μια ακόμη ασθενέστερη μορφή μαγνητισμού που υπάρχει σε όλα τα υλικά σε κάποιο βαθμό. Προκύπτει από την κίνηση των ηλεκτρονίων στις ατομικές τους τροχιές παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Η μαγνητική ροπή που προκύπτει αντιτίθεται στο εφαρμοζόμενο πεδίο, με αποτέλεσμα το υλικό να απωθείται ασθενώς από το πεδίο. Στα συνήθη διαμαγνητικά υλικά περιλαμβάνονται ο χαλκός, ο χρυσός και τα περισσότερα μη μεταλλικά υλικά.
* Αντιφερρομαγνητισμός: Ο αντιφερρομαγνητισμός είναι ένας τύπος μαγνητισμού που εμφανίζεται σε υλικά όπου οι γειτονικές μαγνητικές ροπές ευθυγραμμίζονται προς αντίθετες κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα η καθαρή μαγνητική ροπή να είναι μηδενική. Τα αντιφερρομαγνητικά υλικά δεν είναι γενικά μαγνητικά διατεταγμένα σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά μπορούν να υποστούν μετάβαση φάσης σε διατεταγμένη κατάσταση σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Παραδείγματα αντιφερρομαγνητικών υλικών είναι το οξείδιο του μαγγανίου (MnO) και το οξείδιο του χρωμίου(ΙΙΙ) (Cr2O3).
Δημιουργία μαγνητικών πεδίων
Τα μαγνητικά πεδία μπορούν να δημιουργηθούν με διάφορους τρόπους, ανάλογα με την εφαρμογή και την επιθυμητή ένταση και κατεύθυνση του πεδίου. Ορισμένες κοινές μέθοδοι για τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων περιλαμβάνουν:
1. Μόνιμοι μαγνήτες
Οι μόνιμοι μαγνήτες είναι υλικά που έχουν καθαρή μαγνητική ροπή λόγω των εγγενών μαγνητικών ιδιοτήτων τους. Μπορούν να κατασκευαστούν από σιδηρομαγνητικά υλικά όπως το νεοδύμιο, το σαμάριο ή ο φερρίτης, τα οποία μαγνητίζονται κατά τη διαδικασία κατασκευής και διατηρούν τη μαγνήτισή τους επ' αόριστον. Οι μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από απλούς μαγνήτες που χρησιμοποιούνται για να συγκρατούν σημειώσεις σε ένα ψυγείο μέχρι πιο εξελιγμένες εφαρμογές όπως ηλεκτρικοί κινητήρες, γεννήτριες και ηχεία.
2. Ηλεκτρομαγνήτες
Οι ηλεκτρομαγνήτες είναι συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου. Αποτελούνται από ένα πηνίο σύρματος (το σωληνοειδές) τυλιγμένο γύρω από έναν σιδηρομαγνητικό πυρήνα, ο οποίος μπορεί να είναι κατασκευασμένος από υλικά όπως ο σίδηρος ή ο χάλυβας. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από το σωληνοειδές, δημιουργείται μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο. Η κατεύθυνση του πεδίου μπορεί να αντιστραφεί με την αντιστροφή της κατεύθυνσης του ρεύματος.
Οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές όπου απαιτούνται ρυθμιζόμενα ή εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία, όπως σε ηλεκτροκινητήρες, σωληνοειδή, ρελέ και συστήματα μαγνητικής αιώρησης (Maglev).
3. Υπεραγώγιμοι μαγνήτες
Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες είναι ένας ειδικός τύπος ηλεκτρομαγνήτη που χρησιμοποιεί τις μοναδικές ιδιότητες των υπεραγωγών για τη δημιουργία εξαιρετικά ισχυρών μαγνητικών πεδίων. Οι υπεραγωγοί είναι υλικά που παρουσιάζουν μηδενική ηλεκτρική αντίσταση και τέλειο διαμαγνητισμό κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία γνωστή ως θερμοκρασία μετάβασης υπεραγώγιμων μαγνητών (Tc). Όταν ένα ρεύμα διέρχεται από έναν υπεραγώγιμο βρόχο ή πηνίο (υπεραγώγιμο σωληνοειδές), το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το ρεύμα αποβάλλεται από το εσωτερικό του βρόχου λόγω του διαμαγνητικού φαινομένου. Το φαινόμενο αυτό, γνωστό ως φαινόμενο Meissner, οδηγεί στη δημιουργία ενός πολύ ισχυρού μαγνητικού πεδίου γύρω από το υπεραγώγιμο πηνίο.
Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία εφαρμογών που απαιτούν εξαιρετικά ισχυρά και σταθερά μαγνητικά πεδία, όπως σε επιταχυντές σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC), σε μηχανήματα απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI) και στην έρευνα για την ενέργεια σύντηξης.
Εφαρμογές των μαγνητικών πεδίων
Τα μαγνητικά πεδία έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών σε διάφορους τομείς, από την καθημερινή χρήση έως την έρευνα αιχμής. Ορισμένες από τις πιο συνηθισμένες εφαρμογές περιλαμβάνουν:
1. Ηλεκτρικοί κινητήρες και γεννήτριες
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες και οι γεννήτριες βασίζονται στην αλληλεπίδραση μεταξύ μαγνητικών πεδίων και ηλεκτρικών ρευμάτων για τη μετατροπή μεταξύ μηχανικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Σε έναν ηλεκτροκινητήρα, ένα πηνίο που φέρει ρεύμα (ο οπλισμός) υφίσταται ροπή όταν τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο, με αποτέλεσμα να περιστρέφεται. Αυτή η περιστροφή χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την κίνηση μηχανικών φορτίων, όπως ανεμιστήρες, αντλίες ή μηχανήματα.
Σε μια γεννήτρια, η διαδικασία είναι αντίστροφη. Ένας περιστρεφόμενος μαγνήτης (ο ρότορας) τοποθετείται μέσα σε ένα σταθερό πηνίο (ο στάτης), προκαλώντας εναλλασσόμενο ρεύμα στο πηνίο, καθώς το μαγνητικό πεδίο διαπερνά τους αγωγούς. Αυτό το επαγόμενο ρεύμα μπορεί στη συνέχεια να αξιοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
2. Μαγνητικά μέσα αποθήκευσης
Τα μαγνητικά μέσα αποθήκευσης, όπως οι σκληροί δίσκοι (HDD), οι δισκέτες και η μαγνητική ταινία, βασίζονται στην ικανότητα των μαγνητικών υλικών να διατηρούν μαγνητικές πληροφορίες. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε αυτά τα μέσα με μαγνήτιση ή απομαγνήτιση μικροσκοπικών περιοχών (bits) στην επιφάνεια ενός σιδηρομαγνητικού υλικού. Η μαγνήτιση κάθε bit μπορεί να ανιχνευθεί με τη διέλευση ενός μικρού ρεύματος από μια κεφαλή ανάγνωσης σε κοντινή απόσταση από το μέσο, η οποία υφίσταται μια δύναμη που οφείλεται στο μαγνητικό πεδίο των bits.
Ενώ τα μαγνητικά μέσα αποθήκευσης χρησιμοποιούνται ευρέως εδώ και δεκαετίες, αντικαθίστανται σταδιακά από τεχνολογίες αποθήκευσης στερεάς κατάστασης, όπως η μνήμη flash και οι δίσκοι στερεάς κατάστασης (SSD), σε πολλές εφαρμογές λόγω των υψηλότερων ρυθμών μεταφοράς δεδομένων, της χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας και της αντοχής τους σε μηχανικούς κραδασμούς.
3. Μαγνητική αιώρηση
Η μαγνητική αιώρηση, ή Maglev, είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να αιωρεί και να κινεί αντικείμενα χωρίς άμεση μηχανική επαφή. Τα συστήματα Maglev χρησιμοποιούν συνήθως υπεραγώγιμους μαγνήτες για τη δημιουργία ισχυρών και σταθερών μαγνητικών πεδίων.
Η τεχνολογία Maglev έχει προταθεί για μια ποικιλία εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων μεταφορών υψηλής ταχύτητας, όπου προσφέρει τη δυνατότητα μείωσης της τριβής και της φθοράς, με αποτέλεσμα υψηλότερες ταχύτητες, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και πιο αθόρυβη λειτουργία σε σύγκριση με τα παραδοσιακά τροχοφόρα τρένα. Ωστόσο, το υψηλό κόστος ανάπτυξης και συντήρησης της απαιτούμενης υποδομής έχει περιορίσει την ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας Maglev για εμπορικές μεταφορές.
4. Μαγνητικά υλικά στην ιατρική
Τα μαγνητικά υλικά και τεχνολογίες διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε διάφορες ιατρικές εφαρμογές, όπως η διαγνωστική απεικόνιση, οι θεραπευτικές συσκευές και η χορήγηση φαρμάκων.
* Απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI): Η μαγνητική τομογραφία είναι μια μη επεμβατική τεχνική ιατρικής απεικόνισης που χρησιμοποιεί ισχυρούς υπεραγώγιμους μαγνήτες για τη δημιουργία ενός ισχυρού μαγνητικού πεδίου που ευθυγραμμίζει τα πρωτόνια στους ιστούς του σώματος. Στη συνέχεια χρησιμοποιούνται παλμοί ραδιοσυχνοτήτων για να διαταράξουν τα ευθυγραμμισμένα πρωτόνια, προκαλώντας την εκπομπή σημάτων που μπορούν να ανιχνευθούν και να υποστούν επεξεργασία για τη δημιουργία λεπτομερών εικόνων των εσωτερικών οργάνων και ιστών.
* Μαγνητικά νανοσωματίδια: Μαγνητικά νανοσωματίδια (MNPs) είναι σωματίδια κλίμακας νανομέτρου κατασκευασμένα από σιδηρομαγνητικά ή παραμαγνητικά υλικά. Έχουν διερευνηθεί για ποικίλες βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως η στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, η μαγνητική υπερθερμία για τον καρκίνο και ως σκιαγραφικοί παράγοντες για τη μαγνητική τομογραφία.
* Μαγνητικές προθέσεις: όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή ελεγχόμενης δύναμης και ροπής για κίνηση και χειρισμό.
Σύνορα της μαγνητικής έρευνας
Παρά την εκτεταμένη κατανόηση των μαγνητικών πεδίων και των εφαρμογών τους, υπάρχουν ακόμη πολλά ανοικτά ερωτήματα και τομείς ενεργής έρευνας στον τομέα αυτό. Μερικά από τα πιο συναρπαστικά όρια της μαγνητικής έρευνας περιλαμβάνουν:
1. Υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας
Υπεραγωγιμότητα είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ορισμένα υλικά παρουσιάζουν μηδενική ηλεκτρική αντίσταση και τέλειο διαμαγνητισμό όταν ψύχονται κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία. Ενώ οι παραδοσιακοί υπεραγωγοί απαιτούν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (κοντά στο απόλυτο μηδέν) για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας, η ανακάλυψη των υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας τη δεκαετία του 1980 άνοιξε νέες δυνατότητες για πρακτικές εφαρμογές.
Οι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας (HTS) είναι υλικά που μπορούν να παρουσιάσουν υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο βρασμού του υγρού αζώτου (77 K ή -196°C), καθιστώντας ευκολότερη την ψύξη και τη διατήρησή τους σε υπεραγώγιμη κατάσταση. Ωστόσο, ο μηχανισμός πίσω από την υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας παραμένει ελάχιστα κατανοητός και μεγάλο μέρος της έρευνας επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων υλικών HTS με ακόμη υψηλότερες κρίσιμες θερμοκρασίες και βελτιωμένες ιδιότητες.
2. Σπιντρονική
Η σπιντρονική, ή ηλεκτρονική σπιν, είναι ένας αναδυόμενος τομέας που στοχεύει στην εκμετάλλευση όχι μόνο του φορτίου των ηλεκτρονίων αλλά και της εγγενούς ιδιότητας σπιν τους για την ανάπτυξη ηλεκτρονικών συσκευών και τεχνολογιών αποθήκευσης δεδομένων επόμενης γενιάς. Οι σπιντρονικές διατάξεις χρησιμοποιούν την αλληλεπίδραση σπιν-μαγνητισμού για να χειρίζονται και να ελέγχουν τις καταστάσεις σπιν των ηλεκτρονίων, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κωδικοποίηση και την επεξεργασία πληροφοριών.
Ορισμένες πολλά υποσχόμενες σπιντρονικές διατάξεις και φαινόμενα περιλαμβάνουν τα τρανζίστορ σπιν, τις βαλβίδες σπιν, τη μνήμη ροπής σπιν και τις σπιντρονικές λογικές πύλες. Οι σπιντρονικές διατάξεις έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν υψηλότερες πυκνότητες αποθήκευσης δεδομένων, ταχύτερους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τις συμβατικές διατάξεις που βασίζονται σε ημιαγωγούς.
3. Κβαντικός μαγνητισμός
Ο κβαντικός μαγνητισμός είναι ένας ταχέως εξελισσόμενος τομέας που ερευνά τη συμπεριφορά των μαγνητικών υλικών και συστημάτων σε κβαντικό επίπεδο. Αυτός ο τομέας έρευνας συνδυάζει έννοιες από τη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, την κβαντομηχανική και την επιστήμη των υλικών για την κατανόηση και τον χειρισμό των μοναδικών ιδιοτήτων των μαγνητικών υλικών σε ατομική και υποατομική κλίμακα.
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα φαινόμενα στον κβαντικό μαγνητισμό είναι η κβαντική μετάβαση φάσης, η οποία συμβαίνει όταν ένα μαγνητικό υλικό υφίσταται μια ξαφνική αλλαγή στις μαγνητικές του ιδιότητες ως αποτέλεσμα μικρών αλλαγών σε εξωτερικές παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, η πίεση ή το μαγνητικό πεδίο. Η κατανόηση και ο έλεγχος αυτών των κβαντικών μεταβάσεων φάσης θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών και διατάξεων με νέες μαγνητικές ιδιότητες.
4. Νέα μαγνητικά υλικά
Η αναζήτηση νέων μαγνητικών υλικών με εξαιρετικές ιδιότητες αποτελεί συνεχή τομέα έρευνας στον τομέα του μαγνητισμού. Ορισμένες από τις επιθυμητές ιδιότητες σε αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν υψηλή μαγνήτιση, υψηλή συνδιακύμανση, υψηλές θερμοκρασίες Curie και ισχυρή μαγνητοκρυσταλλική ανισοτροπία. Οι ιδιότητες αυτές μπορούν να οδηγήσουν σε βελτιωμένες επιδόσεις σε υπάρχουσες εφαρμογές και να επιτρέψουν την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών.
Ορισμένες υποσχόμενες κατηγορίες μαγνητικών υλικών υπό έρευνα περιλαμβάνουν:
* Μόνιμοι μαγνήτες χωρίς σπάνιες γαίες: αλλά η περιορισμένη διαθεσιμότητά τους και το υψηλό τους κόστος έχουν παρακινήσει τους ερευνητές να αναζητήσουν εναλλακτικά υλικά μαγνητών χωρίς σπάνιες γαίες.