Магнетизм и электричество связаны между собой множеством научных способов, включая магнитоэлектрический эффект. Эффект проявляется в некоторых кристаллах, когда на электрические свойства кристалла может влиять магнитное поле, и наоборот.
Теперь все стало еще более странным, потому что ученые открыли совершенно новый магнитоэлектрический эффект в симметричном кристалле — и он невозможен.
Эффект был обнаружен в кристалле особого типа, называемом лангаситом, который состоит из лантана, галлия, кремния и кислорода, а также атомов гольмия.
Важно отметить, что этот конкретный кристалл имеет симметричную структуру, которая, как считается, исключает возможность связи между магнетизмом и электричеством.
«Связаны ли электрические и магнитные свойства кристалла или нет, зависит от внутренней симметрии кристалла», — говорит физик Андрей Пименов из Венского технологического университета (TU Wien) в Австрии.
«Если кристалл обладает высокой степенью симметрии, например, если одна сторона кристалла является в точности зеркальным отображением другой стороны, то по теоретическим причинам магнитоэлектрического эффекта быть не может».
В данном случае все было по-другому: симметричный кристалл не только произвел магнитоэлектрический эффект, это был тип эффекта, невиданного ранее.
Ученые говорят, что в то время как симметрия сохранялась в геометрическом смысле, магнетизм атомов гольмия нарушил симметрию, создав эффект, который перешел в область квантовой физики.
Этот разрыв означал, что поляризация возможна, когда положительные и отрицательные заряды в кристалле слегка смещаются.
Это легко сделать с помощью электрического поля, но с лангаситом это можно было бы сделать и с помощью магнитного поля, и ключевым моментом оказалась сила магнитного поля.
«Кристаллическая структура настолько симметрична, что фактически не должна допускать какого-либо магнитоэлектрического эффекта», — говорит Пименов. «А в случае слабых магнитных полей действительно нет никакой связи с электрическими свойствами кристалла».
«Но если мы увеличим силу магнитного поля, произойдет нечто удивительное: атомы гольмия изменят свое квантовое состояние и приобретут магнитный момент. Это нарушит внутреннюю симметрию кристалла».
В то время как лангасит показал линейную зависимость между поляризацией и напряженностью магнитного поля, что является нормальным явлением, связь между поляризацией и направлением магнитного поля вовсе не была нормальной — она была сильно нелинейной.
Это совершенно новый аспект, что даже небольшое изменение вращения магнитного поля может вызвать большое изменение эффекта электрической поляризации.
Следующий шаг для исследователей — посмотреть, работает ли этот недавно открытый эффект и в обратном направлении, изменяя магнитные свойства электрическим полем.
Это может показаться сложной физикой — и это так, — но существуют реальные приложения с точки зрения сохранения и хранения компьютерных данных. Магнитоэлектрический эффект также важен для различных типов сенсорных технологий.
«В магнитных запоминающих устройствах, таких как жесткие диски компьютеров, сегодня необходимы магнитные поля, — говорит Пименов.
«Они генерируются с помощью магнитных катушек, что требует относительно большого количества энергии и времени. Если бы существовал прямой способ переключать магнитные свойства твердотельной памяти с помощью электрического поля, это было бы прорывом».
Исследование опубликовано в журнале NPJ Quantum Materials.
В жизни мало что можно сказать наверняка. Но кажется весьма вероятным, что люди будут исследовать…
Камни, исследованные марсоходом Curiosity на дне древнего, давно высохшего озера на Марсе, выявили условия, которые,…
Подключение пятого поколения или «5G» для сотовых технологий стало стандартом для сетей всего около пяти…
Каждую секунду через вас проходит около триллиона крошечных частиц, называемых нейтрино. Созданные во время Большого…
На ночной стороне экзопланеты Астролабос всегда темно и бурно.Там, в постоянной тени, обращенной в сторону…
Вы видели Солнце, но никогда не видели его таким. Этот единственный кадр из видео, снятого…