Фізики створили інноваційний магнітний матеріал, що поводиться як графен

Дослідники з Університету Іллінойсу виявили несподіваний математичний зв’язок між двома напрямами фізики конденсованого стану — електронними та магнітними властивостями двовимірних матеріалів. У статті в Phys­i­cal Review X вони показали, що спеціально спроєктовані магнітні системи можуть описуватися тими самими рівняннями, що й рух електронів у графені.

Команда під керівництвом професора Акселя Гоффмана та аспіранта Боббі Камана досліджувала магнонічні матеріали — тонкі плівки з отворами, розташованими у гексагональному візерунку, який нагадує структуру графену. У таких системах хвилі спінів, або «спінові хвилі», виявилися математично еквівалентними хвилям електронів у графені. Це відкриття стало несподіваним підтвердженням глибокої аналогії між двовимірною електронікою та магнітними явищами.

Технічний аналіз показав, що система має дев’ять енергетичних зон, включно з масивними та безмасовими спіновими хвилями, локалізованими станами та топологічними ефектами. Така багатозонна структура означає, що матеріал може підтримувати кілька різних типів поведінки одночасно, що відкриває нові можливості для інженерії магнонічних кристалів.

Спінові хвилі на тонкій плівці з отворами, розташованими у вигляді шестикутника. Дослідники продемонстрували, що ця система демонструє таку саму математичну поведінку, як і електрони в графені. Джерело: Боббі Каман

За словами Гоффмана, аналогія з графеном допомагає пояснити складні явища, які раніше лише каталогізували без глибокого розуміння. Це може мати практичні наслідки, зокрема для створення компактних радіочастотних компонентів. Одним із прикладів є «мікрохвильові циркулятори», які пропускають сигнал лише в одному напрямку. У новій системі їх можна було б зменшити до мікрометрових масштабів.

Робота, опублікована 24 лютого 2026 року, стала важливим кроком у розвитку магнонічних технологій. Вона не лише розширює фундаментальні знання про двовимірні матеріали, а й відкриває шлях до нових застосувань у бездротовому зв’язку та мініатюрних електронних пристроях.