Физики подтвердили существование третьей формы магнетизма

Эксперимент, который провели ученые в Швеции, подтвердил существование третьей формы магнетизма. Как сообщает Science Alert, это открывает перед учеными новый способ исследования явления с огромным потенциалом для улучшения электроники — от хранения данных до энергоэффективности.

Группа под руководством исследователей из Ноттингемского университета использовала устройство, которое разгоняет электроны до сверхвысоких скоростей. Они облучили ультратонкую пластину теллурида марганца рентгеновскими лучами различной поляризации, чтобы выявить изменения в нанометровом масштабе, отражающие магнитную активность, непохожие ни на что виденное ранее.

Чтобы фрагмент железа превратился в более магнитный, его составляющие частицы должны быть расположены так, чтобы их непартнерские электроны выстраивались в соответствии со свойством, известным как спин.

Подобно спину 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 существуют в виде пары: один верх и один низ, компенсируя друг друга. Но в таких материалах как железо, никель и кобальт дело обстоит иначе. В них одинокие электроны могут объединять силы довольно необычным образом.

Расположение непартнерских электронов таким образом, чтобы полностью нейтрализовать их спиновые ориентации, может также считаться еще одной формой магнетизма. Это явление, известное как антиферромагнетизм, давно теоретически обсуждается учеными.

В том, что называется альтермагнетизмом, частицы располагаются в порядке взаимной отмены, как при антиферромагнетизме, но при этом повернуты ровно настолько, чтобы обеспечить ограниченные силы в наномасштабе — недостаточно, чтобы прикрепить список покупок к морозильнику, но с дискретными свойствами, которые инженеры стремятся использовать для хранения данных или передачи энергии.

«Альтермагнетики состоят из магнитных моментов, которые направлены антипараллельно своим соседям. 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», — объяснил физик Ноттингемского университета Питер Уодли.

С тех пор ученым экспериментально удалось подтвердить существование альтермагнетизма, но ни один из этих экспериментов не показал, что его крошечными магнитными вихрями можно манипулировать таким образом, чтобы они были полезными.

Уодли и его коллеги продемонстрировали, что лист теллурида марганца толщиной всего в несколько нанометров можно деформировать таким образом, чтобы намеренно создавать отдельные магнитные водовороты на поверхности пластины.

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 манипулировать.

«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», — заявил физик из Ноттингемского университета Оливер Амин, один из руководителей исследования.

Ранее ученые проанализировали наиболее полный набор данных о кластеризации галактик для проверки Стандартной модели космологии. Они выявили несоответствия в формировании космических структур, что может указывать на новую физику.