לאחרונה הראו חוקרים בקבוצתו של אטאק איממוגלו (Atac Imamoglu) מהמכון לאלקטרוניקה קוונטית בציריך (ETH Zurich), כי ניתן למדוד את תוצא פאראדיי (Faraday Effect) של אלקטרון בודד, אשר כלוא בתוך נקודה קוונטית [Quantum Dot]. תוצא זה, על שמו של הפיסיקאי הדגול מייקל פאראדיי (Michael Faraday), היה ההדגמה הראשונה (ב-1845) של הקשר בין אור מקוטב ומגנטיות. אור הינו גל אלקטרומגנטי בעל שדה חשמלי ומגנטי המתנדנדים לסירוגין, ולכל אחד מהם כיוון רגעי במרחב בכל רגע נתון בזמן. אור נקרא מקוטב כאשר רכיב השדה החשמלי שלו הינו בעל כוון מוגדר (הכיוון של E בתמונה). כאשר הוא עובר דרך תווך בעל מומנט מגנטי (הכיוון B בתמונה) [מומנט מגנטי - תכונה של חומר כגון מגנט אשר גורמת לאינטראקציה של אותו חומר עם שדות מגנטיים חיצוניים בקרבתו], הוא חווה שינוי בזווית הקיטוב (בתמונה - b), שינוי הניתן למדידה באמצעות מערכת מקטבים מתאימה. זהו תוצא פאראדיי.

נקודה קוונטית הינה מעין "קופסה" שגודלה בדרך כלל בין ננו-מטרים [10-9מטרים] למיקרו-מטרים [10-6מטרים]. האלקטרונים החופשיים אשר בתוכה נמצאים המצבי אנרגיה מוגדרים היטב, כבתוך אטום מלאכותי גדול, הבנוי למעשה מאטומים רבים. באמצעות הפעלת שדה מגנטי חזק על הנקודה הקוונטית, גרמו החוקרים לאלקטרון החופשי היחיד בתוך הנקודה לבחור לו מצב ספין מוגדר [הספין הינו תכונה קוונטית של האלקטרון המעניקה לו מומנט מגנטי], דבר הדומה למה שיקרה אם נשים מגנט קטן ליד הקוטב של מגנט גדול. אז מיקדו החוקרים קרן לייזר אשר עברה דרך הנקודה הקוונטית. החוקרים הראו כי כאשר האלקטרון נמצא במצב ספין מוגדר, הוא גורם לתוצא פאראדיי לאור העובר דרכו. בעבר נמדד תוצא פאראדיי בקבוצות גדולות של נקודות קוונטיות, אולם זו הפעם הראשונה שהמדידה מתבצעת עם אלקטרון בודד. החוקרים הדגימו גם כי רק באחוז קטן של הזמן האינטראקציה בין האלקטרון לפוטון גורמת להיפוך ספין האלקטרון. לניסוי ישנה חשיבות רבה לצורך האפשרות להשגת שליטה בספינים בודדים. שליטה בספינים בודדים בתורה הינה לדעת חוקרים רבים חיונית להשגת המטרה של אלקטרוניקה חדשה המבוססת על הספין של האלקטרון לעומת האלקטרוניקה הקיימת המבוססת על המטען.

הסבר מורחב על התיאוריה שמאחורי הניסוי:

כל אלקטרון נושא איתו "ספין" (Spin), שהוא המקבילה הקוונטית של מגנט, וככזה האלקטרון מייצר מעין שדה מגנטי בעל כיוון מוגדר, להלן "כיוון הספין". ניתן לחשוב על הספין באופן קלאסי כעל לולאת זרם קטנה, אשר בה זורם מטען של אלקטרון אחד, ולולאה זו מייצרת לפי חוקי האלקטרומגנטיות את השדה המגנטי.כיוונו של השדה המגנטי, או הספין של האלקטרון, נקבע בתיאור זה על-ידי כיוון הזרם. גם לקרני האור תכונה דומה לספין, הנקראת קיטוב, הקשורה לכיוונו של השדה החשמלי הרגעי. כאשר השדה החשמלי מסתובב, מקובל לומר כי קרן האור הינה בעלת "בורגיות" (Helicity) מוגדרת. בתהליכי בליעה ופליטה של פוטונים [מנות קוונטיות של אור] באטומים, אלקטרון משנה את מצבו האנרגטי בהתאם, כלומר "מדלג" בין רמות האנרגיה, אם מנת האנרגיה של הפוטון [כלומר, התדר] מתאימה להפרש האנרגיות בין המצבים האלקטרוניים המותרים. בנוסף, בתהליכים אלו קשורים הבורגיות של הפוטון הנבלע והספין של האלקטרון המדלג קשר הדוק: פוטון בעל בורגיות מוגדרת יכול לעורר רק אלקטרון בעל בורגיות מוגדרת, ובכך הוא "בורר" את האלקטרון עם הספין המתאים, במידה וקיימים שני אלקטרונים באותו מצב אנרגיה. במידה והאנרגיה של הפוטון אינה מתאימה בדיוק לאנרגיה הנדרשת למעבר אלקטרוני, עדיין ישנה אינטראקציה בין האלקטרון לפוטון, המתבטאת בשינוי של הפאזה [פאזה - מיקומו היחסי של נקודת שיא של גל מחזורי ביחס לגל אחר בעל אורך מחזור זהה] של גל האור המתפזר מהאטום ביחס לפאזת הגל שנכנס. אולם רק רכיב הבורגיות המתאים לספין "חש" שינוי פאזה, דבר המאפשר לזהות איזה ספין עשה אינטראקציה עם האור.

בבליוגרפיה

M. Atatüre, J. Dreiser, A. Badolato and Atac Imamoglu, Observation of Faraday rotation from a single confined spin, Nature Physics 3, 101 (2007).
 

מאת: ערן גנוסר
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

20 תגובות

  • sfin

    דחוף נורא

    אני חייב לדעת דחוף
    בין איזורים מגנטיים במתכת לא ממוגנטת(איזורי וייס)
    נמצא קיר בלוך בו משתנה המגנטיזציה
    מה שגורם לאלקטרונים להסתדר בכיוונים שונים
    וזו הסיבה שאין מומנט מגנטי משמעותי ממתכת לא ממוגנטת

    למרות זאת כשישנו שדה מגנטי חיצוני נוטים האלקטרונים
    להסתדר בכיוון השדה

    כמה אנרגיה דרושה להיפוך הספינים ?
    והאם ישנם פוטונים שהולכים לאיבוד בעובי החומר היכן שהוא איננו ממוגנט?.??

    אני מוכן לשלם עבור תשובה
    שתוכיח איבוד אנרגיה

  • ירון גרוס

    מגנטיזציה ושדות חיצוניים

    כאשר מפעילים שדה מגנטי חיצוני כל ספין אשר אינו מכוון עם השדה "עולה" בכמות אנרגיה סופית המכונה אנרגית זימן. אנרגיה זו תלויה לינארית בשדה החיצוני, אך המקדם בתלות הלינארית משתנה מחומר לחומר. מאחר והחומר רוצה להקטין את כמות האנרגיה שלו, כאשר השדה החיצוני יהיה גבוה מספיק, כל הספינים יסתדרו בכיוון השדה. אם משום מה יש דבר מה בחומר הגורם לכך שבהעדר שדה מגנטי חיצוני לא כדאי אנרגטית לכוון את כל הספינים לאותו כיוון, אז יש פה תחרות. בשדה חיצוני אפס הספינים לא יהיו מכוונים וככך שנגדיל את השדה החיצוני יהיה כדאי וכדאי יותר לחומר לסובב ספינים לכיוון השדה עד שלבסוף כל הספינים יסתובבו.

    מהדוגמה שנתת של אזורי וייס נאי מבין שאתה שואל ספציפית על חומרים מגנטיים ואני אתייחס במיוחד לחומרים פרומגנטיים. בחומרים שכאלה, אם בוחנים רק שני אלקטרונים סמוכים זה לזה, האינטרקציה בין הספינים שלהם היא כזו שהספינים נוטים להסתדר לאותו הכיוון. כלומר החומר "מרוויח" אנרגיה מכך ששני ספינים סמוכים מצביעים לאותו הכיוון. לכאורה במצב כזה הית מצפה שכאשר תקרר מספיק את החומר (ואז ספינים לא יתהפכו עקב הטמפרטורה כל העת), כל החומר יתמגנט ויצביע לאותו כיוון. בפועל הדבר אינו קורה, ובמקום זאת החומר מתחלק לאזורים בכל אזור כל הספינים מצביעים לאותו הכיוון, אולם הכיוון הזה משתנה מאזור לאזור. הסיבה לכך הינה כמובן חסכון באנרגיה. לו כל הספינים היו מצביעים לאותו הכיוון, היה נוצר שדה מגנטי בתוך החומר עצמו, באזורים שונים בחומר הוא היה מצביע לכיוונים שונים. בחלק מן החומר הוא היה מצביע בניגוד לכיוון שאליו כל הספינים מצביעים ולכן היה עולה אנרגיה רבה להחזיק מצב שכזה. (ישנן עלויות נוספות עקב מבנים של הגביש עצמו שלא נכנס אליהן). בסופו של דבר מה שחשוב לדעת הוא שבעוד שהחומר מרוויח אנרגיה X על ידי כיוון ספינים לאותו היכוון הוא מפסיד אנרגיה Y אם יותר מידי ספינים מצביעים לאותו הכיוון, ולכן הוא נשבר להרבה אזורים קטנים שבכל אחד מהם הכיוון הכללי של הספינים שונה.
    על מנת לסובב את כל הספינים לאותו הכיוון צריך לייצר שדה מגנטי שכזה, כך שהעלות Y בכיוון כל הספינים לאותו הכיוון תיהיה שווה או קטנה לרווח באנרגית זיימן.
    הגודל המדויק של אנרגיה זו תלוי בכל חומר וחומר והתנאים שלו. על מנת לקבל הערכה לגדלים אלו, קיימת סקאלת טמפרטורה או אנרגיה בחומרים המגנטים הנקראת טמפרטורת קירי, וזוהי בערך כמות האנרגיה הנדרשת להיפוך הספינים.

    לגבי השאלה על הפוטונים אשר נאבדים, איני בטוח שהבנתי אותה

  • נחס

    האם הינך מסכים???

    בדף הזה http://davidson.weizmann.ac.il/online/scienceathome/physics/%D7%90%D7%99...
    קיבלץי תגובה לשאלה (שם אני מזוהה בשם sus מדר' סייאג שפוטונים אינם מצייתים לחוק שימור האנגיה
    האם זה נכון?

  • ירון גרוס

    חלקיקים וירטואליים

    זה לא מדויק. מה שד"ר סיאג רשם שם, הוא שקיימים פוטונים המכונים פוטונים וירטואלים. בניגוד לפוטונים "האמיתיים", אשר מתקיימים זמן רב (למעשה זמן בלתי מוגבל כל עוד לא מציבים מכשול בדרכם). פוטונים וירטואלים הינם פוטונים אשר נוצרים מתוך הריק לזמן קצר מאוד ואז נעלמים בחזרה. מאחר והם הופיעו מן הריק הם "שברו את חוק שימור האנרגיה" לכאורה, מאחר ומתוך אפס אנרגיה נוצרו שני חלקיקים (הם באים בזוגות), בעלי אנרגיה סופית. אולם אחרי זמן קצר הם נעלמים והאנרגיה חוזרת לאפס. בתווך הזמן הארוך חוק שימור האנרגיה נשמר.

    אינני יודע אם אתה מכיר אותו, אבל במכאניקת הקוונטים קיים עיקרון המכונה עיקרון אי הוודאות. הגרסה המוכרת שלו נוגעת לתנע ולמיקום. שבירת שימור האנרגיה לזמן קצר הינה גרסה אחרת של עקרון אי הוודאות - זהו עיקרון אי וודאות בזמן ואנרגה. אם הזמן ידוע לדיוק מאוד מאוד מאוד טוב (זמנים קצרים מאוד) האנרגיה אינה ידועה.

  • נודניק

    מודל איזינג והייזנברג

    האם המודלים הנ"ל לא נולדו בדיוק לצורך האנרגיה הדרושה להיפוך הספין???
    לדבריך החישוב כה פשוט

  • ירון גרוס

    מודלים ואנרגיות

    אם כך הובנתי אז לא ניסחתי את עצמי נכון. החישוב עצמו הינו רחוק מאוד מלהיות פשוט. המודלים עצמים מסובכים למדי, והמציאות בוודאי מסובכת יותר מהמודלים.
    מה שרציתי להבהיר הוא שבסופו של דבר יש פה מאזן אנרגיה בין כמה גורמים מתחרים.
    החישוב עצמו של מה בדיוק מצב היסוד שהחומר יגיע אליו הינו כמובן חישוב מסובך מאוד.

  • טיפש

    קיר בלוך

    שדה מגנטי חיצוני במילים אחרות
    הוא ענן פוטונים הנספג באלקטרונים
    וגורם להם תזוזה (היפוך ספין ואז חוק האיסור של פאולי שיוצר קרבה בין החומרים)
    בין איזורי וייס היכן שהמגנטיזציה משתנה קיים קיר בלוך (domine wall)
    קיר זה קיים גם בהינתן שדה מגנטי חיצוני
    וההוכחה לכך היא שהברזל הלא ממוגנט
    גם כאשר הוא נמשך למגנט
    הוא עדיין לא מגנט בעצמו
    והוא לא ימשוך אליו ברזל נוסף
    מה שאומר שחלק מהפוטונים
    נספגו גם באלקטרונים סוררים
    שהספין שלהם לא הצליח להסתדר בכיוון הכללי
    נ.ב. אני באמת טיפש מעולם לא למדתי פיזיקה וכל מה שאני כותב הוא ניחוש פראי מתוך גיבובי מילים שקלטתי פה ושם אז אל תקח אותי מדי ברצינות
    בכל מקרה אני מודה לך מאד שטרחת להשיב כי זה נורא עוזר לי
    גם לסקרנות וגם לרעיון שרץ לי בשכל
    שוב ,תודה

  • ירון גרוס

    קירות בלוך ושדות מגנטיים

    אין איבוד אנרגיה, יש הגעה למצב האופטימלי, כלומר המצב בעל האנרגיה הנמוכה ביותר.
    כפי שתיארתי בתגובתי הקודמת, המצב הכדאי ביותר מבחינה אנרגטית הוא לאו דווקא המצב בו כל הספינים מצביעים לאותו כיוון. בהעדר שדה מגנטי עדיף למערכת להתחלק לאזורים ממוגנטים כל אחד בכיוון אחר.
    כאשר השדה המגנטי החיצוני קיים, מאזן האנרגיה משתנה, וככל שהשדה חזק יותר, משתלם יותר ויותר אנרגטית לספינים להסתדר בכיוונו, אולם זה לא קורה מיד. זה ענין של שיקולי אנרגיה, בשדות חלשים מספיק עדין משתלם אנרגטית לחומר לקיים אזורים (דומיינים") שונים, ולכן חיב להיות ביניהם גם קיר.
    חשוב לציין הפעלת השדה המגנטי החיצוני משפיעה מכובן על הקיר. הרי האזורים הממוגנטים הולכים וגדלים, לכן למעשה אפשר לראות כי הפעלת השדה המגנטי למעשה דוחפת את הקיר עד שקירות שונים נפגשים זה עם זה ונעלמים

    השאלות שלך לחלוטין לא טיפשיות, להיפך. אלה שאלות טובות מאוד

  • dr' nuj

    חומר ממוגנט אפקט זימן

    האם אפקט זימן קיים גם בחומר פרומגנטי שעבר מיגנוט?
    האם לחומר ממוגנט ישנו ניוון הנשבר כשהוא נפגש עם שדה מגנטי חיצוני?

  • ירון גרוס

    זימן וניוון

    התשובה היא כן בהחלט אבל דורשת הסבר קצר.
    אני מניח שאתה משווה את המצב למקרה של ספין בודד, בו בהעדר שדה מגנטי יש ניוון - אם נסתכל על ציר מסוים, הספין יכול להצביע בכיוון "למעלה" או "למטה", באותה עלות אנרגטית. כאשר מוסיפים שדה חיצוני ישנה עלות אנרגטית - אנרגית זימן. להיות נגד כיוון השדה החיצוני.

    בחומר פרומגנטי, המצב הינו דומה מהבחינה שכל ספין בנפרד עדין מרוויח אנרגיית זימן על ידי כך שהוא מכוון את הספין שלו בכיוון השדה החיצוני.
    הדבר השונה הוא שהמערכת הזו מסובכת בהרבה. ישנם חישובי אנרגיה מסובכים בהרבה. ישנה אינטרקציה בין ספינים קרובים המנסה לכוון אותה לאותו כיוון. לעומת זאת לא כדאי לחומר (בשדות מגנטיים חיצוניים נמוכים) שכל ההספינים בחומר יציביעו לאותו כיוון בגלל שדות מגנטיים פינימים שנוצרים אז בחומר, ולכן כפי שצויין בכל התגובות המופיעיות כאן החומר מתחלק לאזורים שונים בהם יש כיוון מגנטי שונה.

    בסופו של דבר, הכל ענין של מאזן אנרגיות. כאשר נלך ונגדיל את השדה החיצוני עוד ועוד אנרגית זימן תיהיה כה גדולה, שלחומר ישתלם בכל זאת לכוון את כל הספינים לכיוון השדה החיצוני.

    לגבי הניוון. אכן קיים ניוון בהעדר שדה מגנטי חיצוני. הוא מסובך יותר מאשר מערכת של ספין בודד. כאמור החומר נוטה להתארגן באזורים אשר שונים ממוגנטים, אך עם כיווני מיגנוט שונים. בהעדר שדה מגנטי חיצוני אם ניקח לדוגמה את כל האזורים הללו ונהפוך את כיוון המגנוט שלהם. בחומר אידיאלי (מודל מתמטי לפחות של חומר) לא תיהיה לכך עלות אנרגטית - שני המצבים יהיו מנוונים, בעלי אותה אנרגיה.

    בפועל, הסימטריה הזו נשברת במציאות. משהו גורם לחומר לבחור אחד מן המצבים. חשוב לזכור שהחומרים בטבע אינם נקיים כמו המודלים המתמטים. בפועל הספינים שאנו חושבים עליהם, משויכים לאלקטרונים, אשר נמצאים בחומר אמיתי. בעל זיהומים, פגמים בשריג, קצוות שאנו חתכנו וכו' ולכן יש בו שינויים קלים מהמודל המתמטי המושלם, ושינויים אלו לרוב גורמים להעדפה אנרגטית קלה של מצב מסויים על פני אחרים.
    בנוסף תנאי התחלה מסוימים יכולים לשנות את מצב החומר. לדוגמה אם פעם מגנטנו אותו באמצעות שדה חיצוני וכו.

  • חימ

    תכלס

    בתנאי מעבדה מושלמים
    ובחומרים טהורים וכו'
    האם מתכת שאינה ממוגנטת עם טמפרטורת קירי גבוהה

    תגרום לאובדן אנרגיה
    ביחס למגנט
    דהיינו מגנט ומגנט נוסף יווצר ביניהם יותר שטף מגנטי מאשר בין מגנט למתכת מאותו סוג שלא עבר מיגנוט
    היות והמתכת נצרכת לאנרגית זימן להיפוך הספין
    מה שאומר שחוק שימור האנרגיה
    יוצר אופציה לייצור אנרגיה
    ממיסוך מגנטי לסירוגין דהיינו
    מתכת שתעבור בין שני מגנטים
    עם קפיץ שמחזיר אותם אחורה
    בזמן שהמתכת נכנסה ביניהם
    וכשהמתכת יוצאת הם ירוצו האחד לשני מכח השטף המגנטי שביניהם
    ושוב מהנ"ל יוצא שהפרדה בין מתכת למגנט צורכת פחות כח מאשר כח המשיכה שבין מגנט לחברו

  • ירון גרוס

    רווח אנרגיה - האם הבנתי את הכוונה שלך?

    אני חיב לציין שלא לגמרי הבנתי את הסיטואציה שאתה מתאר. גם אם כל מה שקורה כאן נכון איפה רווח האנרגיה? מה ההבדל מסיטואציה של לקחת שני מגנטים מחוברים לקפיץ לכווץ את הקפיץ וללתת להם להתנדנד כשמצד אחד יש את התנועה ההרמונית בגלל הקפיץ אבל בנוסף קיים הכל המגנטי?
    כמו כן, אתה מתאר מצב בו יש מתכת שנכנסת ויוצאת בין שני מגנטים. איך? יש מנוע חיצוני שמניע אותה? אתה חיב לספק לה אנרגיה כדי שהיא תמשיך לנוע (שכן כאשר מסגרת מוכליה סגורה נכנסת ויוצאת מאזור עם שטף מגנטי פועל עליה כח).. אז גם בסוג מנוע הזה שתיארת תאלץ להשקיע אנרגיה חיצונית על מנת להפעילוו. אין פה רווח של אנרגיה

  • חימ

    רווח אנרגיה

    אדוני בדבריו כתב :
    שמתכת לא ממוגנטת דורשת שטף מגנטי על מנת ליצור בה אנרגית זימן
    כעת השאלה היא :האם שטף מגנטי בין שני מתכות ממוגנטות
    שווה או פחות לשני מגנטים ומתכת(מאותו הסוג) לא ממוגנטת ביניהם
    אם הבנתי את דבריך לעיל
    יוצא שהמתכת הלא ממוגנטת שואבת אל תוכה מהשטף המגנטי
    בכדי לסדר את הספינים
    מה שיוצר איבוד אנרגיה דהיינו השטף המגנטי שיוצר את אנרגית זימן
    הולך לריק מבחינת השטף הכולל
    מה שמעניק לנו את האפשרות ליצור מחזוריות בין שני המגנטים האחרים
    ובמילים פשוטות יותר
    מגנט רץ למגנט שלידו
    זוהי אנרגיה
    הבעיה שהמגנט נדבק ומפסיק לנוע
    אם נדחוף מתכת לא ממוגנטת באמצע
    נוכל להפסיק את ההידבקות הזו
    אלא שנדרש כעת כח להוציא את המתכת שכן גם היא נדבקה
    אלא שלדברי ירון גרוס המתכת נדבקה בעוצמה פחותה מאשר ההידבקות שהיתה בין שני המגנטים היות והיא נצרכה לאנרגית זימן מה שבזבז אנרגיה של השטף המגנטי
    כעת בחישוב של ערכי גאוס יוצא
    שלאחר שנשקיע מאמץ x להוציא את המתכת הלא ממוגנטת
    נקבל אנרגיה y מהריצה של שני המגנטים אחד לשני שהיא תהיה בעוצמה רבה יותר
    היות והספינים שלהם מסודרים ואינם נצרכים לאנרגית זימן
    אני עשיתי ניסויים שהראו שאני צודק מציאותית
    אבל אני לא פיזיקאי
    וניסויים ניתן לפרוך
    ועכשיו אני חושב שמדבריך ניתן להסיק שאני אולי צודק
    אבל כמו שכתבתי כבר
    אני טיפש

  • חדל

    סליחה

    סליחה שאני מקשה
    אבל עדיין ...
    האם העובדה שהחומר ממוגנט לטווח ארוך (דהיינו שהוא קיבל חשל מספיק)אינה אומרת שלא שייך בו ניוון והוא אינו יכול להרוויח יותר אנרגית זימן??
    האם עצם קימו של רווח אנרגטי (אנרגית זימן) אינו סותר לחוק שימור האנרגיה??
    עיקרון אי הוודאות אם אני מבין הוא עיקרון שנועד ליצור הבנה (אפי' שהיא אינה מובנת) של המציאות לעומת תורת כבידה קוונטית שהיא דבר שעדיין מגששים בו באפילה
    ומשכך האם השבירה של חוק שימור הארגיה בהקשר של זמן ואנרגיה איננה קשורה לחיפוש אחר התורה של הכל(כבידה קוונטית)???.

  • ירון גרוס

    מגנטיות, זימן, מצבים מטה סבטילים ועקרון אי הודאות

    דבר ראשון יכול להיות שהניסוח שלי - להרוויח אנרגיה מטעה. אני אתחיל בהסבר מחדש של אנרגית זימן
    כאשר קיים שדה מגנטי חיצוני אפשר להבדיל בין שני מצבים של ספין בודד. הוא יכול להיות מכוון בכיוון השדה החיצוני או בכיוון ההפוך. בין שני המצבים האלו יש פער אנרגיה המכונה אנרגית זימן. כלומר כיוון של הספין בכיוון המנוגד לשדה, יעלה אנרגיה סופית - אנרגית זימן. לכן מצב היסוד, המצב בעל האנרגיה הנמוכה יותר הוא מצב בו הספין מכוון לכיוון השדה המגנטי.
    אין כאן כל בעיה של שימור אנרגיה. זו פשוט עוד אנרגיה אחת ברשימה הארוכה של אנרגיות שקיימות במערכת, והסכום של כולן נשמרות.

    לגבי חומר פרומגנטי. עד כמה שנאי מבין אתה מתייחס למצב שהחומר ממוגנט, כלומר הופעל שדה מגנטי חיצוני חזק, שגרם לכל הספינים להסתדר באותו הכיוון, ולאחר מכן השדה הופסק. כעת החומר ממוגנט, אולם אין שדה חיצוני.
    במצב שכזה קיים ניוון. תחשוב על מצב שבו כל הספינים של המגנט היו מתהפכים, האנרגיה היתה זהה. יותר מכך, ככל הנראה קיימים גם מצבי בעלי אנרגיה נמוכה יותר!!! (שהרי לפני שהפעלת שדה מגנטי חיצוני החומר לא היה ממוגנט, והיה במצב שכזה). החומר כזה במצב המכונה - מטה סטבילי - אני חושב שיציב למחצה הוא תרגום טוב לעברית. למה הכוונה:
    בנוכחות השדה המגנטי החיצוני המצב האנרגטי העדיף היה מצב ממוגנט, בו כל הספינים מכוונים לאותו כיוון. כעת לאחר ש"כיבית" את השדה החיצוני קיימים מצבים אחרים בעלי אותה אנרגיה או אפילו אנרגיה נמוכה יותר. על מנת לעבור אליהם ספינים צריכים להתהפך בתוך החומר. אך אין שום סיכוי שכל הספינים יתהפכו בבת אחת, אין סיבה שזה יקרה. בפועל מידי פעם באופן אקראי מתהפך ספין אחד ואז אחר וכך הלאה.
    אם המצב בו אתה נמצא, יש מינימום של האנרגיה יחסית למצבים קרובים אליו, כלומר כל פעם שתנסה להפוך ספין אחד או שניים (או 10.. כל מספר קטן ביחס למספר העצום של הספינים בחומר), תגיע למצב בעל אנרגיה גבוהה יותר, אז החומר לא יצליח "לברוח" מהמצב היציב למחצה. כל פעם שספינים יתחילו להתהפך האנרגיה רק תעלה והחומר יחזיר את עצמו למצב היציב למחצה. בגלל זה לאחר שמגנטו חומר פרומגנטי רק כאשר נעלה את הטמפטורה מעל טמפרטורת קירי, החומר יפסיק להיות ממוגנט. במצב שכזה יש אנרגיה חיצונית גבוהה מספיק (הטמפרטורה) על מנת לאפשר לספינים להתהפך באופן חופשי ולהגיע למצב היציב האמיתי.

    אני אנסה לתת השוואה טובה. אם תשים כדאר על גבעה עם מדרון, ברור שהכדור יתגלגל לתחתית המדרון - המערכת תזרום למצב בו יש לה את האנרגיה הפוטנציאלית הנמוך ביותר. כעת חשוב על מצב אחר, מה אם לאורך הגבעה יש בורות עמוקים. כלומר מינימום מקומי של האנרגיה. הכדור עלול להתקע באחד הבורות. ברור שמבחינת אנרגטית זה לא המצב הכי נמוך, שהרי הוא לא הגיע לתחתית הגבעה, אבל הוא תקוע, במינימום מקומי. זהו מצב מטה סטבילי. על מנת להוציא אותו יש להקנות לו מספיק אנרגיה כדי להתגבר על המחסום הקטן שהבור מהווה, ולאחר מכן הוא יכול להמשיך להתגלגל לתחתית הגבעה. במקרה של החומר הפרומגנטי, הטמפרטורה היא שנותנת את ה"מכה" הזו. לכן חשוב שהיא תיהיה גבוהה מספיק, וכל עוד היא נמוכה מטמפרטורת קירי, אחרי שהחומר מוגנט, הוא נשאר מגנטי.

    לגבי עקרון אי הודאות. זהו אינו עקרון שנועד על מנת ליצור הבנה.. זה ופשוט עקרון בסיסי של תורת המכניקה הקוונטית. כל הכוחות הרלוונטים למגנטיות, הינה כוחות אלקטרומגנטים שקימת תיאוריה קוונטית טובה המתארת אותם. באופן כללי לפי מכניקת הקוונטים אם קיים קשר מתמטי כלשהו בין שני גדלים, קשר המתקיים בין אנרגיה לזמן ובין תנע למיקום לדוגמה, לא ניתון לדעת את שניהם בדיוק בו זמנית וקיים עקרון אי וודאות.
    אם מישהו מתענין ובעל ידע מתמטי בנושא התמרות פוריה, יש אנלוגיה ברורה מאוד לעקרון אי הודאות פשוט מתוך פעולה מתמטית זו. ואני אשמח להדגים זאת אם תרצו.

    יצאה תשובה ארוכה מקווה שעזרתי ולא בלבלתי

  • קוצים

    מתי??

    מתי תבוא ההדגמה???....
    תודה

  • אישמל

    אם תוכל

    רק אם לא קשה לך אם תוכל להדגים
    או להפנות לקישור כלשהו
    התשובה נורא ברורה
    וכלל לא מבלבלת
    רוב תודות

  • thank you

    תודה רבה

    תודה על העידוד
    אני באמת לא למדתי מעודי אפילו לא ביסודי
    ואני מרגיש מטריד אנשים חכמים
    אז באמת המון תודה

  • simcha

    סקרמיונים

    ואולי התגובה היא שהחומר נעשה כמו סקרמיון???
    או שלא
    ולמה לא?

  • ירון גרוס

    תבניות ספין - סקרמיונים וקירות בלוך

    סקרמיון הינה "חיה, דו מימדית. כלומר זהו מבנה של ספינים שמתרחש רק כאשר הספינים מוגבלים לשני מימדים.

    אני מניח שהכוונה שלך היתה שאין מפגש בין אזור שהספין מצביע כלפי מעלה ואזור שהוא מצביע כלפי מטה, אין משהו חד, אלא מעין תבנית שבה הספין מסתובב אט אט.
    בפועל זה מה שקורה בקירות בלוך. בקירות בלוך לאורך הקיר קיים סיבוב של כיוון הספין. (כך שלקיר יש רוחב מסוים). קירות בלוך מתרחשים לרוב כאשר לא מדובר בחומר דו מימדי או דק, אלא בחומר עבה (עבה הכוונה לעבה יחסי כמובן, עשירית המילימטר כבר יחשב עבה מאוד)