Hrátky s pyritem: Elektřina poprvé udělala z běžného materiálu magnetický  
Pyrit, čili kočičí zlato, je velmi běžným minerálem, a také významnou železnou rudou. Pro elektroniku doposud nebyl příliš zajímavý, protože není magnetický. Vědcům se teď ale podařilo pyrit zmagnetizovat s přispěním elektrického proudu. Na obzoru je spousta zajímavých aplikací v elektronice.
Kostka pyritu. Kredit: DidierDescouens / Wikimedia Commons.
Kostka pyritu. Kredit: DidierDescouens / Wikimedia Commons.

Feromagnetismus je jednou z nejsilnějších forem magnetismu a je základem pro všechny permanentní magnety. Objevuje se v materiálech, v nichž má většina elektronů spin uspořádaný stejným směrem. Naopak v nemagnetických materiálech jsou elektrony navzájem uspořádány tak, že jejich opačné spiny vylučují přítomnost magnetického pole.

 

Chris Leighton. Kredit: University of Minnesota.
Chris Leighton. Kredit: University of Minnesota.

Chris Leighton z americké University of Minnesota a jeho tým teď poprvé použili elektřinu k tomu, že přeměnili původně nemagnetický materiál na magnetický. Jejich výzkum by se mohl stát základem pro výrobu elektronických komponent z běžných materiálů, které dnes nepovažujeme za vhodné pro tento účel.

 

Přirozeně feromagnetických materiálů je jen málo. Nejběžnější z nich je železo, kobalt a nikl, a pak také samozřejmě jejich slitiny. To je pro odborníky, co stavějí elektronická zařízení, poněkud omezující. Teď by se to ale mohlo změnit. Leightonův tým vyvolal magnetismus v materiálu, který je obvykle zcela nemagnetický. Jde o pyrit, čili kyz železný či kočičí zlato, chemicky disulfid železnatý. Je to velmi hojný minerál, který vzniká v širokém rozmezí podmínek.

 

Leighton s kolegy použili ve svém výzkumu metodu řízení elektrolytem (electrolyte gating). Nejprve umístili pyrit do kontaktu s elektrolytem, iontovou kapalinou, kterou přirovnali ke sportovnímu „ionťáku“ Gatorade. Pak do toho pustili trochu elektřiny. Jeden jediný volt. V důsledku toho se kladně nabité molekuly přesunuly do oblastí, kde se dotýkal pyrit s elektrolytem. Přitom vznikla měřitelná magnetická síla. Jakmile vědci zmíněnou elektřinu vypnuli, tak ihned zmizel i pozorovaný magnetismus. To by se mohlo velice hodit v elektronických aplikacích.

 

University of Minnesota, logo.
University of Minnesota, logo.

Jak se přiznal Leighton, badatelé byli dost překvapeni, že to funguje. Když spustili elektřinu, tak tím vlastně do materiálu nalili elektrony. Vypadá to, že když je v nějakém materiálu dostatečná koncentrace elektronů, tak se takový materiál samovolně „chce“ stát feromagnetickým. Jak se zdá, kočičí zlato se v novém tisíciletí rozhodně neztratí.

 

Podle autorů studie má tenhle postup velký potenciál. Když se jim takový trik povedl u pyritu, tak je v podstatě možné odhadnout, že se to v dalších materiálech nejspíš podaří taky. V minulosti se již podařilo změnit nemagnetické materiály na magnetické odstraněním části elektronů, čímž se změnil poměr spinů elektronů v takovém materiálu. Teď je to ale prý poprvé, kdy byl nemagnetický materiál zmagnetizován pomocí elektřiny. Výzkum pokračuje a badatelé hodlají dál studovat změny magnetické povahy materiálů za různých okolností.

 

Literatura

University of Minnesota 29. 7. 2020.

Science Advances 6: eabb7721.

Datum: 03.08.2020
Tisk článku

Pole Hledání skryté síly vesmíru - McTaggartová Lynne
 
 
cena původní: 149 Kč
cena: 149 Kč
Pole Hledání skryté síly vesmíru
McTaggartová Lynne
Související články:

1200 tesla: V Japonsku spustili nejsilnější kontrolovaný magnet světa     Autor: Stanislav Mihulka (26.09.2018)
Magnety se po zásahu laserem chovají jako kapalina     Autor: Stanislav Mihulka (21.04.2019)
Magnetičtí mágové z MagLabu vytvořili nejsilnější magnetické pole světa     Autor: Stanislav Mihulka (14.06.2019)



Diskuze:

A zase ten bulvár...

Petr Mikulášek,2020-08-09 17:57:23

Takže v první řadě, materiály ve vztahu k magnetismu se nedělí na "feromagnetické" a "nemagnetické", ale podle relativní permeability na "feromagnetické", "paramegnetické" a "diamagnetické". Takže hned ten začátek varuje, že článek bude odborně na úrovni analýzy rizik tlakovodního reaktoru od Greenpeace.

---------------

Druhá věc, článek vyzněl tak, že se pyrit chová jako napětím řízený magnetický ventil. Permeabilita řekněme pod 10 bez napětí, několik stovek pod napětím.

Dobře, vezměme šupinku pyritu, natřeme elektrolytem, dáme do sáčku mezi dvě elektrody z alobalu. Dejme vedle toho silný neodymový magnet a uzavřeme podkovou ze slitiny Fe, C, Si (malé hysterezní ztráty při změn mag. toku). Pak by se při přiložení napětí zvýšil magnetický tok tou podkovou a při odpojení napětí tok spadne. Je to tak?

No a teď uděláme jeden trik. Podkovu omotáme několika sty závity Cu drátu (podle parametrů toho magnetu, aby to dalo proud 1A). A konce drátu připojíme na nějaký rezistor, třeba 10 Ohmů. Pak by podle Ohmova zákona vylo napětí na rezistoru 10R*1A=10V a výkon, který rezistor sežere, by byl 1A*10V=10W. Potud je jasno.

A teď přivedeme impulsy napětí do elektrolytu s pyritem. S amplitudou 1V, podle článku. A podle článku chybí proud. A teď máme dvě možnosti. Buďto se to bude řídit napětím se zanedbatelným proudem, řekneme 10mA. Pak dostaneme z 10mV*1V=0,01W výsledný výkon 10W. 9.99W z ničeho. Zákon zachování energie se schoulil do kouta a tiše pláče...

A nebo je to jinak. Při tom 1V tam musíme narvat impulsy 20A (při střídě 1:1), aby průměrný proud byl průměrná 1A na výstupu. A k tomu připočítat ještě něco na hysterezní ztráty v podkově a uvážit fakt, že pokud se permeabilita zvedne při impulsu 100x, tak 1% toku permanentního magnetu poteče furt beze změny a na indukovaném proudu na výstupu se nijak neprojeví. V tom případě jsme na tom hůř, než s obyčejným trafem. Kde se mj. taky mění "běžný, nemagnetický materiál" (Cu) na silný magnet... A nejenom Cu, ale vzpomeňme další "běžný" materiál, Al, v kotoučku starých elektroměrů, kde mag. pole vyvolá vířivý elektrický proud, který vyvolá magnet. pole kolem nemag. kotoučku a další praktický, stovky let starý magnetický aplikace "nemagnetických" látek v podobě klece rotoru v elektromotoru, která taky není magnetická.

Tož asi tak... Mám spíš obavu, že jim tam vzniklo mag. pole průchodem proudu tím elektrolytem.

Odpovědět

pyrit pod pyramidami

Lukáš Kříž,2020-08-04 10:04:23

V tomto kontextu začíná mít nález pyritu a rtuti pod pyramidami v Mexiku docela zajímavé přesahy. Kdo ví, jestli si opravdu v té době už s elektřinou a magnetizmem nehráli. Uvidíme co se časem dozvíme.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace