Когда магнит делится, всегда создается новый магнит с северным и южным полюсами. Однако монополь, i.е. северный полюс без южного полюса или южный полюс без северного полюса еще не обнаружен.
В текущем выпуске журнала Science исследователи из Кельна, Мюнхена и Дрездена описывают открытие нового типа искусственного монополя в твердом теле, т.е.е. частицы, которые имеют характеристики, аналогичные монополям, но существуют только в материалах.
В последние годы интенсивно исследуются материалы, в которых образуются магнитные вихри, так называемые скирмионы. Эти вихри влияют на движение электронов точно так же, как магнитные поля. По этой причине искусственные магнитные поля используются для описания этих вихрей, а также их влияния на электроны.
Даже если это не «настоящие» магнитные поля, их можно измерить экспериментально так же, как нормальные магнитные поля, поскольку они отклоняют электроны.
Исследователи задавали вопросы о последствиях попытки уничтожить магнитные вихри. Для этого группа, работающая под руководством проф.
Eng из Технического университета в Дрездене наблюдал магнитные вихри с помощью магнитно-силового микроскопа: крошечный магнитный наконечник измеряет поверхность магнитов и измеряет направление намагничивания, таким образом. Виден водоворот размером 50 нанометров. Они смогли наблюдать на поверхности, что магнитные вихри, по-видимому, сливаются, когда фаза скирмиона разрушается.
Что же происходит в материалах? Измерения, выполненные группой, работающей под руководством проф. Пфлейдерер в Мюнхене с помощью рассеяния нейтронов предполагает, что там происходят аналогичные процессы, но отдельные вихри таким образом не наблюдались.
По этой причине Стефан Бухрандт и Кристоф Шютте, работая в Prof. Группа Роша в Кельнском университете провела компьютерное моделирование. Они показали, что вихри, окружающие процесс слияния, наблюдаемый на поверхности в эксперименте, также возникают внутри материалов.
Из-за того, что каждый водоворот несет в себе искусственное магнитное поле, их создание или разрушение происходит в точке слияния. «Это означает, что в этой точке должен находиться искусственный магнитный монополь», — описывает проф.
Рош, "всякий раз, когда в эксперименте сливаются два магнитных вихря, искусственный магнитный монополь проходит через поверхность."
Магнитные монополи долгое время тщетно искали в области физики элементарных частиц. В 1931 году Поль Дирак постулировал существование элементарной частицы, чтобы объяснить, почему электроны и протоны несут электрические заряды одинакового размера. Это удивительно, потому что элементы протонов и электронов — это совершенно разные фундаментальные частицы.
Дирак, однако, утверждал, что существования единственного магнитного монополя было бы достаточно, чтобы объяснить необходимость квантования зарядов всех фундаментальных частиц, т. Е.е. ровно целое кратное элементарного заряда. Недавно обнаруженные искусственные монополи точно соответствуют этому требованию квантования. «Удивительно, что такая фундаментальная вещь, как магнитный монополь, может быть реализована в куске материала», — описывает Стефан Бухрандт.
Несмотря на это, искусственные монополи не могут решить проблему Дирака: только электроны в твердом состоянии, но не протоны, чувствуют искусственные магнитные поля.
Помимо использования в фундаментальных исследованиях, искусственные монополи также могут иметь прикладной потенциал.
Многие группы по всему миру в настоящее время исследуют вопрос о том, можно ли использовать магнитные водовороты в производстве компьютерных компонентов. Если бы это было возможно, нужно было бы также создавать и разрушать вихри: магнитные монополи в этом случае играли бы важную роль.