Ученые из США выяснили, что одно из соединений урана и сурьмы оказалось уникальным магнитным материалом, о существовании которых ученые раньше не подозревали.
“Это вещество было большой загадкой для нас на протяжении многих десятилетий. Мы абсолютно не понимали того, как магнетизм и электричество взаимодействовали внутри него. Его странная природа стала ясной для нас только сейчас, после появления этой новой категории магнитов”, – заявил Линь Мяо (Lin Miao) из университета Нью-Йорка (США).
Все магнитные материалы состоят из особых областей, которые обычно называют “доменами”. Как правило, спины электронов у атомах в таких доменах повернуты в одну сторону, противоположную тому, в какую стороны направлены спины электронов в соседних доменах. Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.
Эти домены ведут себя как единое целое, “коллективно” меняя намагниченность при приложении электрического поля, освещении светом или других воздействиях, что не позволяет записывать информацию в спины электронов у отдельных атомов. По этой причине ученые сегодня активно разрабатывают альтернативные подходы к хранению информации, так как магнитные системы хранения данных уже почти подошли к этому пределу.
Мяо и его коллеги случайно открыли крайне необычный магнитный материал, который поможет решить эту проблему, экспериментируя с различными соединениями урана и элементов из подгруппы азота – висмута и сурьмы.
Эти вещества, как отмечает Мяо, часто образуют соединения с экзотическими магнитными и электрическими свойствами. Ученых интересовало то, как на эти свойства повлияет их объединение с ураном, некоторые соединения которого обладают сверхпроводящими и “невозможными” квантовыми свойствами.
Изучая их структуру при помощи рентгеновского спектроскопа, физики неожиданным образом обнаружили, что комбинация сурьмы и урана проявляет странные магнитные свойства, не обладая при этом доменами или какими-то другими подобными структурами.
Проанализировав свойства отдельных атомов, Мяо и его команда выяснили, что эти необычные черты антимонида урана были связаны с тем, что он представлял собой “невозможный” магнитный материал, не имеющий магнитного момента, чье существование при сверхнизких температурах было предсказано теоретиками более полувека назад.
В соответствии с этой идеей, электроны могут быть распределены внутри некоторых материалов таким образом, что их столкновения приведут к формированию особых зон, где спины одиночных частиц будут направлены только вверх или вниз. В отличие от классических доменов, каждый из электронов сохраняет самостоятельность, благодаря чему такой магнит, который физики называют “синглетным”, будет крайне нестабильным.
До недавнего времени, как отмечает Мяо, физики считали, что подобные структуры могут возникать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, или не существуют в природе в принципе.
Изучение антимонида урана показало, что это не так – при достаточно высокой плотности подобных точек-“синглетов” они начинают стабилизировать друг друга и способствовать формированию новых очагов магнетизма.
“В отличие от обычных магнитных материалов, электроны, попадающие в антимонид урана, не просто пролетают мимо этих одиночных магнитных доменов, а активно взаимодействуют с ними. Это можно использовать для увеличения скорости работы магнитных носителей информации”, – заключает Эндрю Рэй (Andrew Ray), коллега Мяо.
