Унікальні властивості можна змінювати: фізики зробили нове відкриття про рідкоземельні елементи

Рідкоземельні елементи мають дивовижні магнітні властивості. Найсильніші магніти створені за допомогою таких елементів. Ці магніти входять до складу різних пристроїв, включно з комп'ютерними компонентами, такими як жорсткі диски. І все ж, налаштовувати магнітні властивості рідкоземельних елементів не так і просто. Але фізики знайшли спосіб зробити це прямо на субатомному рівні. Результати дослідження опубліковані в журналі Science Advances, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Зі шкільної програми з фізики, ви, мабуть, пам'ятаєте зображення атома. На ньому показані електрони у вигляді кульок, які обертаються навколо ядра атома. Але це не зовсім так. Електрони мають негативний заряд, тому вони штовхають один одного, тоді як позитивно заряджене ядро утримує їх близько один до одного.

Взаємодія між силами дозволяє електронам перебувати в певному місці більше, ніж в інших місцях залежно від квантово-механічних властивостей. Електрони розміщуються на орбіталях. Орбіталі заповнюються в певному порядку, і існує чотири типи орбіталей: s, p, d і f. Різні позначення відносяться до різного розподілу в просторі і в основному орбіталі мають різну форму.

Хімічні елементи, такі як кисень або вуглець, мають тільки s- і p-орбіталі. Метали мають d-орбіталь, а рідкоземельні метали можуть мати як d-, так і f-орбіталі. У випадку тербію присутні орбіталі f і s, перед кожною з яких стоять цифри, що позначають енергію конкретної орбіталі.

Вирішальне значення для цієї роботи має зовнішня 4f-орбіталь, яка у випадку тербію містить вісім електронів. Фізики направили на атом лазерний промінь і виявили, що можуть перетворити цю орбіталь на іншу під назвою 5d. Вона трохи енергійніша, ніж 4f, і електрони розподіляються по-іншому.

На квантовому рівні така зміна може здатися невеликою, але магнітні властивості такого рідкоземельного елемента, як тербій, беруть початок саме на цій орбіталі. Ця зміна специфічним чином змінює властивості тербію, і за допомогою лазерних променів їх можна повністю контролювати, кажуть фізики.

Стандартний підхід до використання цих матеріалів у магнітних носіях інформації передбачає використання тепла для їх зміни. Рідкоземельні магніти і лазер можуть зробити це швидше й ефективніше.

Як уже писав Фокус, у Китаї створили перший у світі ядерний реактор, стійкий до аварій. Новий реактор може забезпечити більш безпечні варіанти ядерної енергетики в майбутньому.

Також Фокус писав про те, що супутники Starlink здійснили 50 000 маневрів ухилення в космосі, щоб уникнути зіткнення з іншими космічними об'єктами. Експерти попереджають про негативні наслідки цього процесу.