Физики подтверждают существование третьей формы магнетизма:
Эксперимент в Швеции продемонстрировал возможность управления новым типом магнетизма, предоставив ученым новый способ изучения явления с огромным потенциалом для улучшения электроники — от хранения данных до энергоэффективности.
Используя устройство, разгоняющее электроны до ослепительных скоростей, группа под руководством исследователей из Ноттингемского университета облучила сверхтонкую пластину теллурида марганца рентгеновскими лучами различной поляризации, чтобы обнаружить изменения в нанометровом масштабе, отражающие магнитную активность, непохожие ни на что виденное ранее.
Чтобы довольно обыденный кусок железа превратился во что-то более магнитное, составляющие его частицы должны быть организованы таким образом, чтобы их не связанные друг с другом электроны выстроились в соответствии со свойством, известным как спин.
Подобно вращению мяча, эта квантовая особенность частиц имеет угловой толчок. В отличие от вращения физического объекта, этот толчок происходит только в одном из двух направлений, традиционно описываемых как вверх и вниз.
В немагнитных материалах они образуют пару: один вверху и один внизу, которые нейтрализуют друг друга. В таких материалах, как железо, никель и кобальт, все не так. В них одинокие электроны могут объединять силы довольно необычным образом.
Расположение изолированных спинов может привести к возникновению преувеличенной силы, направленной в направлении север-юг, которую мы могли бы использовать, чтобы поднимать скрепки или приклеивать детские рисунки к дверцам холодильника.
По тем же соображениям, побуждение не связанных между собой электронов располагаться таким образом, чтобы полностью нейтрализовать их спиновые ориентации, все равно можно считать формой магнетизма — просто довольно скучной, которая на расстоянии выглядит совершенно неактивной.
Это явление, известное как антиферромагнетизм теоретически обсуждается и изучается уже большую часть столетия.
Совсем недавно была предложена теория о третьей конфигурации частиц в ферромагнитных материалах .
В так называемом альтермагнетизме частицы располагаются в порядке взаимной отмены, подобно антиферромагнетизму, но при этом повернуты достаточно, чтобы обеспечить существование ограниченных сил в наномасштабе — недостаточно, чтобы прикрепить список покупок к морозильнику, но обладают дискретными свойствами, которые инженеры стремятся использовать для хранения данных или передачи энергии.
«Альтермагнетики состоят из магнитных моментов, которые направлены антипараллельно своим соседям», — объясняет физик из Ноттингемского университета Питер Уодли.
«Однако каждая часть кристалла, содержащая эти крошечные моменты, повернута относительно своих соседей. Это похоже на антиферромагнетизм с изюминкой! Но это тонкое различие имеет огромные последствия».
Эксперименты с тех пор подтвердили существование этого промежуточного «альтер» магнетизма. Однако ни один из них не продемонстрировал напрямую, что его крошечные магнитные вихри можно манипулировать способами, которые могли бы оказаться полезными.
Уодли и его коллеги продемонстрировали, что лист теллурида марганца толщиной всего в несколько нанометров можно деформировать таким образом, что на поверхности пластины намеренно будут создаваться отчетливые магнитные водовороты.
Используя синхротрон, генерирующий рентгеновские лучи в лаборатории MAX IV в Швеции, для получения изображения материала, они не только создали четкую визуализацию альтермагнетизма в действии, но и показали, как им можно управлять.
«Наша экспериментальная работа стала связующим звеном между теоретическими концепциями и их реализацией в реальной жизни, что, как мы надеемся, прольет свет на путь разработки альтернативных магнитных материалов для практического применения», — говорит физик из Ноттингемского университета Оливер Амин, который руководил исследованием совместно с аспирантом Альфредом Дал Дином.
Все эти практические приложения пока носят теоретический характер, но обладают огромным потенциалом в областях электроники и вычислительной техники в качестве своего рода
спиновой системы памяти или в качестве отправной точки для изучения того, как
токи могут перемещаться в высокотемпературных сверхпроводниках.
«Быть одним из первых, кто увидел эффект и свойства этого многообещающего нового класса магнитных материалов во время моей работы над докторской диссертацией, было для меня чрезвычайно полезной и сложной привилегией», —
говорит Даль Дин.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения