Обнаружен новый тип магнита

Идея создания магнитов на синглетной основе восходит к 1960-м годам

0 1 058

В обычных магнитах небольшие магнитные составляющие выравниваются друг с другом, создавая сильное магнитное поле. В отличие от этого, недавно обнаруженный магнит — так называемый синглетный магнит — имеет поля, которые появляются и исчезают, что приводит к нестабильному магнитному полю.

Идея создания магнитов на синглетной основе восходит к 1960-м годам и основана на теории, которая резко контрастирует с тем, что давно было известно об обычных магнитах.

Типичный магнит содержит множество крошечных «магнитных моментов», которые синхронизированы с другими магнитными моментами, и все они действуют в унисон, создавая магнитное поле. Воздействие тепла на эту сборку устранит магнетизм; эти маленькие моменты останутся — но они будут указывать в случайных направлениях, уже не выровненные.

Новаторская мысль пятидесятилетней давности утверждала, что материал, в котором отсутствуют магнитные моменты, все еще может быть магнитом. Это кажется невозможным, но это работает из-за своего рода временного магнитного момента, называемого «спиновым экситоном», который может появиться, когда сталкиваются друг с другом в правильных условиях.

«Один спиновый экситон имеет тенденцию исчезать в короткие сроки, но если их много, теория предполагает, что они могут стабилизировать друг друга и катализировать появление еще большего количества спиновых экситонов в виде каскада», — сказал ведущий автор исследования Эндрю Рэй, ученый Нью-Йоркского университета.

В новом исследовании доктор Рэй и его коллеги стремились раскрыть это явление. Несколько кандидатов были найдены начиная с 1970-х годов, но всех было трудно изучить, так как стабилен только при чрезвычайно низких температурах.

Используя рассеяние нейтронов, рентгеновское рассеяние и теоретическое моделирование, физики установили связь между поведением гораздо более надежного магнита, антимонида урана USb2, и теоретическими характеристиками магнитов на синглетной основе.

В нормальном магнитном материале магнитные моменты пытаются выровняться со своими соседями (слева); напротив, в материале, основанном на синглетах, нестабильные магнитные моменты возникают и исчезают в виде выровненных сгустков (справа).
© Lin Miao, New York University

«Этот материал был настоящей загадкой в ​​течение последних нескольких десятилетий — способы, которыми и взаимодействуют друг с другом внутри него, были известны как причудливые и только начинают приобретать смысл с этой новой классификацией», — говорят исследователи.

В частности, команда физиков обнаружила, что USb2 содержит критические ингредиенты для этого типа магнетизма — в частности, квантово-механическое свойство, называемое «Hundness», которое определяет, как генерируют магнитные моменты.

«В настоящее проводится множество исследований по использованию магнитов и магнетизма для улучшения технологий хранения данных», — говорит Эндрю Рэй. «Магниты на синглетной основе должны иметь более внезапный переход между магнитной и немагнитной фазами. Вам не нужно делать много усилий, чтобы материал переключался между немагнитным и сильно магнитным состояниями, что может быть полезным для энергопотребления и скорости переключения внутри компьютера».


Lin Miao et al. 2019. High temperature singlet-based magnetism from Hund’s rule correlations. Nature Communications 10, article number: 644; doi: 10.1038/s41467-019-08497-3

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x