3. juni 2013

Nye bevis for at norsk stein husker best

Norske forskere har fått et nytt bevis på at en helt spesiell magnetisk egenskap sørger for et robust langtidsminne i norsk stein. Et tysk spesiallaboratorium i Dresden har bidratt til bekreftelsen.

Joseph LawPRØVER: Dr. Joseph Law ved laboratoriet i Dresden setter inn en prøve med lamell-magnetisme i høyfeltmagneten.

KobberspoleKALDT: Prøven er kjølt ned i flytende helium, mens kobberspolen på magneten er dyppet i flytende nitrogen.

I mange år har en gruppe forskere ved Norges geologiske undersøkelse (NGU) gransket magnetiske egenskaper i mineraler helt nede på nanonivå. Tidlig avslørte de spesielle særtrekk i blant annet den vanligste norske bergarten gneis.

Til tross for at hver enkelt magnet bare er noen få nanometer stor, er magnetismen så sterk og stabil at steinen så å si kan huske når den er født, for mer enn en milliard år siden.


     

Stabil i steiner

StåldørFARE: På grunn av eksplosjonsfaren må ståldøren til laboratoriet være låst før målingen starter.- Årsaken er at et lite lag av mineralet ilmenitt posisjonerte seg i en bestemt retning inne i det magnetiske mineralet hematitt da bergarten i sin tid ble dannet. På nanonivå ser vi at denne magnetismen holder seg stabil selv om steinen i millioner av år er blitt utsatt for forskjellig trykk, temperatur og stråling, sier forsker Karl Fabian ved NGU.

Nå ønsket han, sammen med sine kolleger Peter Robinson ved NGU og Suzanne McEnroe ved NTNU i Trondheim, å etablere et nytt bevis på denne sammenhengen.

For første gang ble det internasjonalt kjente og avanserte Dresden High Magnetic Field Laboratory i Tyskland brukt til geologiske målinger.

Magnetiske avvik

- Men la oss trekke opp det store lerretet først, sier Karl Fabian, - magnetiske målinger i jordoverflaten er viktige for å avdekke geologiske strukturer og mulige mineralforekomster. Avvikene fra den magnetiske normalen – eller anomaliene - kan gi ledetrådene. Men hva er årsaken til de store avvikene?

Forskergruppen rundt Robinson og McEnroe har avslørt at svaret er en magnetisk egenskap, lamell-magnetisme, som dannes på flaten mellom et lager av mineralet ilmenitt i en hematitt-krystall i selve bergarten.

- I samarbeid med Institutt for nanoteknologi ved Universitetet i Oslo (UiO) og Mineralogisk institutt ved Münster-universitetet i Tyskland prøver vi nå å framstille og karakterisere tilsvarende egenskaper syntetisk. Arbeidet kan kanskje danne grunnlaget for et superrobust langtidsminne i for eksempel IT- eller elektronikkindustrien, forteller Karl Fabian.

Uløst mineralgåte

I Dresden ville Karl Fabian og hans kollega Chris Thomas ved UiO teste både lamell-magnetisme i bergartene, og nanostrukturer i de syntetiske materialene. Men i kofferten på veg til det tyske laboratoriet - med europisk rekord i måling av feltmagnetisme - hadde forskerne i tillegg med seg en gåte:

- En prøve fra Modum nær Kongsberg har vist alle egenskapene som tyder på lamell-magnetisme. Vi vet at materialet inneholder hematitt, men til tross at vi har prøvd avanserte metoder, har vi aldri kunnet dokumentere at prøven virkelig inneholder ilmenitt. Hvis prøven ikke inneholder ilmenitt, må det finnes andre mekanismer som gir de samme merkelige magnetiske egenskapene. Men det mente vi var usannsynlig, sier Karl Fabian.

Gåten ble løst.

- Etter en uke med spennende og suksessfulle målinger, er vi nå i ferd med å evaluere resultatene. Eksperimentene bekreftet lamell-magnetisme fullstendig. I tillegg fant vi bevis for at det er ilmenitt i Modum-prøven. Samtidig har vi fått mye verdifull informasjon om nanostrukturene i våre syntetiske bergarter, forteller forsker Karl Fabian.

KondensatorerSPENNING: Et rom full av kondensatorer leverer spenningen for en kort strømpuls gjennom magneten. Etter strømpulsen må magneten kjøles i en time før neste måling kan kjøres. (Alle foto: NGU/UiO)