Это официально: загадочная новая форма магнетизма наконец подтверждена
Было время, когда в городе была только одна игра в ферромагнетизм. Хотите узнать свой север от юга? Поднимите компас. Хотите прикрепить счет за электроэнергию к холодильнику? Ударьте крошечного намагниченного Гарфилда, глотающего лазанью.
Конечно, наука должна была прийти и усложнить ситуацию, открыв второй класс ферромагнитной активности.
Теоретизировано и экспериментально продемонстрировано в 1930-х годах. , антиферромагнетизм подобен злому врагу магнита на холодильнике, демонстрируя столь же стабильное субатомное расположение с поворотом, который сводит на нет его липкость и превращает Гарфилда в самое раздражающее пресс-папье в мире.
Как подтверждено экспериментами. Проведенное группой исследователей со всей Европы и Великобритании, теперь существует еще один тип магнетизма, который находится между ними, называемый альтермагнетизмом.
«Альтермагнетизм на самом деле не является чем-то очень сложным», — говорит главный исследователь исследования Томаш Юнгвирт, физик из Чешской академии наук.
«Это нечто совершенно фундаментальное, что десятилетиями было перед нашими глазами, но мы этого не замечали».
Альтермагнетизм, предсказанный всего несколько лет назад Юнгвиртом и некоторыми из его коллег-исследователей, описывает чередующиеся энергетические зоны ферромагнетизма и антиферромагнетизма, которые в целом уравновешиваются, но при этом сохраняют характеристики постоянных магнитов на небольшом, локальном уровне.
Да. , «альтермагнетик» тоже не принесет вам денег, которые вы не забудете, но мы, возможно, захотим дать этому новому члену ферромагнитного семейства шанс – возможно, это именно то, что нужно будущей электронике.
Критическим для каждого из этих трех магнитных проявлений является характеристика квантовых объектов, называемая спином. Подобно вращению крошечного шарика, вращение описывает своего рода угловой момент, который оказывает крошечную силу, подобную крошечному магниту. В отличие от вращения крошечного шарика, вращение никогда не бывает быстрым или медленным. Просто в ту или иную сторону. Или, если использовать правильный жаргон, «вверх» или «вниз».
Отдельные электроны могут иметь любое из двух направлений вращения, однако в большинстве материалов ассортимент спинов «вверх» и «вниз» перемешан, и нет реального консенсуса по поводу общего смысла. направления.
В ферромагнитных материалах, таких как железо, спины электронов могут быть выровнены внешним полем, оставаясь такими даже после того, как внешнее поле было деактивировано. Это превращает миллионы крошечных магнитных буксиров размером с атом в нечто достаточно сильное, чтобы поднять цепочку скрепок.
Разнообразные взаимосвязи между расположением спинов и магнитной активностью в макроскопическом масштабе со временем только усложнились. время. Недавно введение некоторого количества электронов в атомно-тонкие слои многослойных полупроводников создало, например, «кинетическую» версию ферромагнетизма.
Однако до сих пор считалось, что стабильное расположение спинов в материалах либо коллективно ферромагнитны, либо спарены таким образом, чтобы нейтрализовать антиферромагнитно.
Считается, что альтермагнетики имеют такие же электронные пары, что и антиферромагнетики, которые соединяются таким образом, что сохраняет, а не сводит на нет их контрастирующие магнитные моменты.
Чтобы найти физические признаки этого конкретного устройства, Юнгвирт и его команда использовали лабораторный метод для выявления характерного расщепления рентгеновских лучей от синхротрона, проходящих через кристаллическую решетку соединения, состоящего из марганца и теллура.
«Благодаря высокой точности и чувствительности наших измерений мы смогли обнаружить характерное попеременное расщепление энергетических уровней, соответствующих противоположным спиновым состояниям, и тем самым продемонстрировать, что теллурид марганца не является ни обычным антиферромагнетиком, ни обычным ферромагнетиком, а принадлежит к новой альтермагнитной отрасли магнитных материалов», — говорит физик Юрай Кремпаски из Института Пауля Шеррера.
Обнаружение доказательств существования этого нового класса ферромагнитных материалов не только основано на теориях физики материалов, но и может способствовать разработка новой технологии электроники, основанной не только на заряде частицы, но и на ее вращении.
Это исследование было опубликовано в журнале Nature.
