ถามสุนัขทะเลแก่ ๆ แล้วพวกเขาจะบอกคุณในสิ่งเดียวกัน – หอยแมลงภู่เป็นแมลงตัวเล็ก ๆ ที่มีความยืดหยุ่นซึ่งจะเกาะอยู่บนเรือของคุณไม่ว่าคุณจะแล่นเร็วแค่ไหนก็ตาม ความลับเบื้องหลังความสามารถของหอยแมลงภู่ในการติดแน่นกับพื้นผิวได้รับการเปิดเผยโดยกลุ่มนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกา ในขณะที่เพรียงยึดติดกับพื้นผิวหินอย่างแน่นหนา
หอยแมลงภู่
ใช้การยึดเกาะในรูปแบบที่แตกต่างกัน พวกเขาห้อยลงมาจากพื้นผิวด้วยเส้นใยละเอียดที่เรียกว่าเส้นใย ที่ทำจากโปรตีนที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคอลลาเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของผิวหนังและกระดูก คำอธิบายทางชีววิทยาสำหรับพฤติกรรมนี้คือช่วยให้หอยแมลงภู่สามารถร่อนผ่านน้ำได้
เพื่อเพิ่มปริมาณสารอาหารที่พวกมันสามารถดูดซึมได้ อย่างไรก็ตาม ในการล่องลอยไปตามน้ำ หอยแมลงภู่จะเผยตัวต่อพลังอันดุร้ายของทะเล และความลึกลับซ่อนอยู่ในนั้น ความแข็งแรงของการรับน้ำหนักแบบไดนามิกบนเธรด นั้นสูงกว่าความแข็งแรงของวัสดุภายใต้การโหลดแบบคงที่มากกว่า 900%
อย่างสม่ำเสมอ เหตุใดเธรดเหล่านี้จึงไม่สแนปนี่เป็นคำถามทางวิทยาศาสตร์ กล่าวถึง ซึ่งรวมงานทดลองเข้ากับการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้คำตอบ พวกเขาวางหอยแมลงภู่กลุ่มหนึ่งไว้ในกรงและห้อยมันเข้าไปในท่าเทียบเรือของบอสตันเป็นเวลาสามสัปดาห์ ในช่วงเวลานั้นหอยแมลงภู่
จะยึดติดกับพื้นผิวของแก้ว เซรามิก ไม้ และดินเหนียวในกรง ย้อนกลับไปที่ห้องแล็บ เกร็งหอยแมลงภู่ของพวกเขาภายใต้การเปลี่ยนรูปที่หลากหลายจากการศึกษาการเสียรูปเหล่านี้ นักวิจัยได้ตระหนักว่าคุณสมบัติของด้ายบายซอลดูเหมือนจะเปลี่ยนไปตามความยาวของมัน พวกเขาพบว่าด้าย 80%
แข็ง ในขณะที่ 20% ที่อยู่ใกล้ตัวหอยแมลงภู่ที่สุดนั้นนุ่มและยืดหยุ่นกว่าอย่างเห็นได้ชัด นักวิจัยกล่าวว่าส่วนผสมของวัสดุที่แข็งและอ่อนนี้ทำให้หอยแมลงภู่สามารถยืดหยุ่นและกระจายพลังงานที่เกิดจากแรงภายนอกได้ ผู้ต้องสงสัย คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดประการหนึ่งสำหรับการเรียงลำดับแม่เหล็ก
ในคาร์บอน
คือเกิดจากโครงสร้างข้อบกพร่องบางอย่าง ตาม กระบวนทัศน์ m – Jนักวิจัยจึงได้พยายามค้นหาว่าข้อบกพร่องในคาร์บอนสามารถรักษาโมเมนต์แม่เหล็กไว้ได้หรือไม่และโมเมนต์เหล่านี้สั่งการทางแม่เหล็กเนื่องจากรูปแบบการแลกเปลี่ยนคลัปหรือไม่J หากเป็นกรณีนี้ ควรเริ่มด้วยชิ้นงานที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
แล้วทำให้เป็นแม่เหล็กโดยการฉายรังสีที่เหมาะสม ในปี 2546 กลุ่มในเมืองทำได้โดยการฉายรังสีจุดบนแผ่นกราไฟต์ที่มีอนุภาคโปรตอนและอนุภาคแอลฟา นักวิจัยพบว่าการฉายรังสีด้วยโปรตอนทำให้เกิดโมเมนต์แม่เหล็กที่วัดได้ แต่อนุภาคแอลฟาไม่เป็นเช่นนั้น สัญญาณของความเป็นแม่เหล็กยังปรากฏ
ในจุดที่ฉายรังสีโปรตอนเมื่อสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงแม่เหล็ก ข้อบกพร่องในกราไฟต์ฉายรังสียังเป็นหัวข้อที่น่าสนใจในเทคโนโลยีนิวเคลียร์ เนื่องจากมีการผลิตในปริมาณมากในโมเดอเรเตอร์กราไฟต์ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ดูเหมือนว่าข้อบกพร่องบางอย่างในวัสดุโมเดอเรเตอร์สามารถดักจับ
อิเล็กตรอนสองตัวและสร้างสถานะทริปเล็ตได้มี “ผู้ต้องสงสัย” ข้อบกพร่องที่เป็นไปได้สามประการที่อาจเกี่ยวข้องกับลำดับแม่เหล็กในกราไฟต์ (รูปที่ 3) ผู้ต้องสงสัย 1 คือ ซึ่งเป็นอะตอมของคาร์บอนที่อยู่บนระนาบของกราฟีน และในการกำหนดค่าที่เสถียรนั้น อยู่ในตำแหน่งคล้ายสะพานตรงกลางพันธะ
ระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอน เวเลนซ์อิเล็กตรอน 2 ใน 4 ของอิเล็กตรอนมีส่วนร่วมในพันธะโควาเลนต์กับอะตอมของคาร์บอนกราฟีน: ตัวหนึ่งไปที่ ออร์บิทัล sp 2 ที่ “ห้อย” ซึ่งไม่สร้างพันธะ และอีกอันใช้ร่วมกันระหว่างออร์บิทัลที่ห้อยต่องแต่งนี้กับpออร์บิทัล ที่เหลือ ออร์บิทัลสุดท้ายนี้วางขนานกับพื้นผิวกราฟีน
อันที่จริง
มีความคืบหน้าเล็กน้อยในการค้นหาแรงจูงใจให้ผู้ต้องสงสัยคนใดคนหนึ่งรวมตัวกันเพื่อสร้างสถานะแม่เหล็กไฟฟ้าในคาร์บอน เนื่องจากไม่มีเหตุผลที่ชัดเจนสำหรับการแลกเปลี่ยนอันแรงกล้าระหว่างข้อบกพร่อง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ส่วน Jของm – Jกระบวนทัศน์หายไป อาจมีคนคาดเดาว่า
ข้อบกพร่องทางแม่เหล็กนั้นเชื่อมโยงกันในระยะทางไกลโดยการแลกเปลี่ยนทางอ้อมกับอิเล็กตรอนตัวนำบางตัว เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในสารกึ่งตัวนำแม่เหล็กที่เจือจาง อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าในกราไฟต์ก่อตัวเป็นก๊าซอิเล็กตรอน 2 มิติเสมือน 2 มิติ ทำให้อุณหภูมิคูรีประมาณ 1 เคลวิน
ดังนั้นกลไกดังกล่าวจึงแทบไม่มีผลกับอำนาจแม่เหล็กที่อุณหภูมิห้อง อาร์กิวเมนต์เดียวกันนี้ใช้กับสิ่งเจือปนโลหะทรานซิชันแม่เหล็กในกราไฟต์: พวกมันอาจมีสถานะสปินสูง แต่การมีเพศสัมพันธ์ทางแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะอ่อนแอมาก เห็นได้ชัดว่าการค้นหาทางทฤษฎีสำหรับผู้ต้องสงสัย
และแรงจูงใจสำหรับระบบแม่เหล็กไฟฟ้าในระบบที่ใช้กราไฟต์นั้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น บางทีเราควรพิจารณาข้อบกพร่องที่ซับซ้อนมากขึ้นนอกเหนือจาก “ผู้ต้องสงสัยตามปกติ” หรือบางทีเราต้องการกลไกใหม่ที่สมบูรณ์ซึ่งนอกเหนือไปจาก กระบวนทัศน์ m – Jเช่น การควบแน่นของสถานะโมเลกุลสามเท่า
แม่เหล็กที่เกิดจากการสัมผัสมีอีกวิธีหนึ่งที่คาร์บอนตัวนำจะกลายเป็นแม่เหล็กได้: โดยการสัมผัสกับโลหะเฟอร์โรแมกเนติก เมื่อใดก็ตามที่โลหะสองชนิดสัมผัสกัน อิเล็กตรอนจะไหลระหว่างโลหะทั้งสองเพื่อทำให้ศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน หากโลหะชนิดใดชนิดหนึ่งเป็นเฟอร์โรแมกเนตที่มีความหนาแน่น
ของอิเล็กตรอนแบบสปินขึ้นและสปินดาวน์ต่างกัน การถ่ายโอนประจุนี้จะมาพร้อมกับการถ่ายโอนสปินสุทธิ (กรณีสุดโต่งคือครึ่งโลหะที่มีอิเล็กตรอนตัวนำที่มีการหมุนเพียงครั้งเดียว ซึ่งหมายความว่าการถ่ายโอนประจุจะหมุนโพลาไรซ์อย่างสมบูรณ์) แม่เหล็กที่เกิดจากการสัมผัสนี้ควรมีอยู่ที่อินเทอร์เฟซเสมอ
