Asal usul magnet terpecahkan.

Dunia modern – dengan peralatan elektronik dan daya listriknya – dapat dilacak asal usulnya lebih dari dua abad lalu, dari hubungan antara listrik dan magnet.

Namun sementara para insinyur terus menggali energi elektromagnetik secara global, para fisikawan masih kebingungan menjelaskan tarian antar elektron yang menyebabkan terjadinya medan magnet.

Dua fisikawan teoritis dari Universitas Rice melaporkan keberhasilan awal mereka dalam sebuah makalah di Proceedings of the National Academy of Sciences.

Model konseptual terbaru mereka diciptakan untuk mempelajari lebih jauh tentang keanehan kuantum dari superkonduktor suhu tinggi dan material teknologi tinggi lainnya. Model mereka juga terbukti berguna dalam menjelaskan asal usul feromagnetisme – magnetisme sehari-hari dari jarum kompas dan magnet lemari es.

Superkonduktor suhu tinggi berbasis besi

Fisikawan Rice, Qimiao Si, yang menemukannya mengatakan kalau sebagai teoritikus, ia harus berjuang mendapatkan solusi yang pasti dan walaupun model terbaru mereka sepenuhnya teoritis, model ini memang sesuai dengan apa yang kita amati di dunia nyata. Dengan cara itu, menurutnya, kita yakin telah merancang sebuah sistem model dimana feromagnetisme berhasil terjelaskan.

Feromagnetisme adalah istilah ilmiah untuk apa yang kita sebut magnet. Ia adalah bahan magnet permanen yang menahan kertas daftar belanja anda tetap menempel di pintu lemari es. Itu loh, daftar belanja yang anda tempelkan dengan magnet di pintu lemari es. Magnetnya adalah feromagnetik. Sebuah magnet tetap. Magnet yang tidak terjadi karena diberi baterai atau aliran listrik.

Para ilmuan sudah lama memahami kemampuan feromagnet, yang dapat dijelaskan secara teoritis dengan sudut pandang kasar. Namun penjelasan lebih teliti, penjelasan yang lebih halus lagi, hingga skala atom dan elektron, yaitu asal usul feromagnetisme itu sendiri, masih kabur.

“Saat kami memulai proyek ini, kami sadar betapa sedikitnya kemajuan teoritis berhasil dicapai mengenai feromagnetisme logam,” kata Si. “Bahkan buat pertanyaan yang sederhana sekali, seperti “ kenapa magnet yang dapat ditempelkan di pintu lemari es itu bisa tersusun dari elektron yang berinteraksi satu sama lain?” tidak punya jawaban yang jelas.

Si dan mahasiswa pasca sarjana, Seiji Yamamoto, tertarik dalam dasar-dasar feromagnetisme dari studi material yang jauh dari biasanya.

Bidang keahlian Si adalah fisika bahan terkondensasi yang lahir dari penemuan superkonduktivitas suhu tinggi lebih dari 20 tahun lalu. Tahun 2001, Si menawarkan teori baru yang menjelaskan perilaku kelompok bahan yang memuat superkonduktor suhu tinggi. Kelas material ini  disebut materi terkorelasi kuantum, juga memuat lebih dari sepuluh jenis komposit feromagnetik.

Spektrometer Termal Tiga Sumbu untuk penelitian Superkonduktor

Teori Si tahun 2001 dan penelitiannya lebih lanjut membantu menjelaskan perilaku materi terkorelasi kuantum yang teramati dalam percobaan. Penjelasan ini berdasarkan pada permainan korelasi yang aneh antara elektron di dalamnya. Secara khusus, ia berfokus pada efek elektron terkorelasi yang terjadi saat bahan tersebut mendekati sebuah titik kritis kuantum, sebuah titik tolak kuantum yang bisa disejajarkan dengan titik tolak perubahan dari padat menjadi cair pada saat es meleleh.

Titik kritis kuantum yang berperan utama dalam superkonduktivitas suhu tinggi adalah titik tolak yang menandai pergeseran menuju antiferomagnetisme, sebuah kondisi dimana karakteristik sub atomnya berbeda dengan feromagnetisme. Karena peran kunci superkonduktivitas suhu tinggi ini, sebagian besar studi dalam bidang ini berfokus pada antiferomagnetisme. Sebaliknya, feromagnetisme, magnetisme yang lebih familiar, lebih mudah ditemukan dalam hidup kita sehari-hari, kurang diperhatikan secara teoritis dalam material terkorelasi kuantum.

“Jadi pertanyaan teoritis awal kami adalah : Apa yang akan terjadi saat bahan feromagnetik bergerak melalui salah satu titik tolak kuantum ini?” kata Yamamoto, yang sekarang merupakan peneliti pasca doktoral di Laboratorium Medan Magnet Tinggi Nasional di Tallahassee, Florida.

Untuk melakukan percobaan pikiran ini, Si dan Yamamoto menciptakan sebuah sistem model yang mengidealisasi apa yang ada di alam. Titik lonjak mereka adalah fenomena yang sudah dipahami dengan baik, efek Kondo. Efek Kondo juga memiliki asal usul magnetik kuantum. Berdasarkan apa yang mereka tahu mengenai efek ini, mereka membuat model sebuah kisi Kondo, kisi halus elektron yang berperilaku seperti yang telah diamati dalam studi Kondo pada material dunia nyata.

Si dan Yamamoto mampu menggunakan model mereka untuk memberikan jawaban pasti mengenai asal usul feromagnetisme logam. Lebih jauh, keadaan feromagnetisme yang diramalkan oleh model ini ternyata memiliki sifat kuantum yang sangat mirip dengan apa yang diamati secara eksperimental pada feromagnet fermion berat.

“Model ini bermanfaat karena memungkinkan kita meramalkan bagaimana bahan dunia nyata berperilaku dalam keadaan tertentu,” kata Yamamoto. “Dan, kenyataannya, kami telah mampu menggunakannya untuk menjelaskan hasil pengamatan eksperimen logam fermion berat, termasuk antiferomagnet dan juga bahan feromagnetik.”

Jika anda ingin memahami lebih jauh lagi mengenai penjelasan asal usul magnet yang dijelaskan oleh Yamamoto dan Si, anda harus membaca artikel asli mereka, karena penjelasan tersebut memerlukan pemahaman total pada teori matematis yang sudah diajukan. Silakan baca disini :http://www.pnas.org/content/early/2010/08/20/1009498107.full.pdf+html

Sumber:

http://www.faktailmiah.com/2010/09/05/asal-usul-magnet-terpecahkan.html