Фізики відкрили раніше невідому форму магнетизму

Науковці з Університету штату Флорида (FSU) створили новий кристалічний матеріал із незвичайними магнітними властивостями. За словами фізиків, це може мати вагомі наслідки для розвитку квантових технологій та систем зберігання даних. Результати дослідження опубліковано в журналі Jour­nal of the Amer­i­can Chem­i­cal Soci­ety.

Матеріал утворено шляхом поєднання двох хімічно подібних сполук, але з різною симетрією кристалічних структур. На стику цих сполук виникає явище «структурної фрустрації» — коли жодна з конфігурацій не може стабілізуватися. Це, як показали вчені, спричиняє виникнення складних, повторюваних візерунків у розташуванні атомних спінів — так званих спінових текстур, відмінних від звичного вирівнювання спінів у традиційних магнітах.

Діаграма, що показує структуру повторюваних вихорів магнітних полів всередині матеріалу, розроблена дослідниками Флоридського державного університету. Стрілки вказують напрямок крихітного магнітного поля, що створюється кожним атомом всередині матеріалу. Джерело: Іан Кемпбелл

Ключовим магнітним ефектом, виявленим у новому матеріалі, є формування скірміоноподібних текстур — структур, які мають потенціал для ефективного зберігання інформації на мікроскопічному рівні. Для підтвердження цих властивостей команда дослідників провела нейтронографічний аналіз на інструменті TOPAZ у Національній лабораторії Ок-Рідж (США).

Кристал, вирощений дослідниками, знятий за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Джерело: Іан Кемпбелл

Матеріал синтезували зі сполуки марганцю, кобальту й германію у поєднанні з подібною сполукою на основі миш’яку. Хоча германій і миш’як — сусіди в таблиці Менделєєва, кристалічні структури утворених матеріалів мають різну симетрію. Це дозволило створити нову фазу з унікальними магнітними властивостями.

Потенційне застосування таких матеріалів охоплює зменшення енергоспоживання в обчислювальній техніці, підвищення щільності зберігання інформації, а також перспективу створення надійних квантових комп’ютерів. За словами дослідника Іана Кемпбелла, головна мета — не лише відкривати нові матеріали експериментально, а й навчитися передбачати, які комбінації елементів можуть утворити бажані магнітні структури.