Новый рубеж в спинтронике: открытие антиферромагнитных квазикристаллов
Квазикристаллы (QC) — это увлекательные твердые материалы, которые демонстрируют интригующее расположение атомов. В отличие от обычных кристаллов, в которых расположение атомов имеет упорядоченный повторяющийся рисунок, QC демонстрируют дальний атомный порядок, который не является периодическим. Благодаря этой «квазипериодической» природе QC имеют нетрадиционные симметрии, которые отсутствуют в обычных кристаллах.
С момента своего открытия, отмеченного Нобелевской премией, исследователи физики конденсированного состояния уделили огромное внимание квантовым контактам, пытаясь как реализовать их уникальный квазипериодический магнитный порядок, так и их возможные применения в спинтронике и магнитном охлаждении. Ферромагнетизм был недавно обнаружен в икосаэдрических QCs (iQCs) золота-галлия-редкоземельных (Au-Ga-R). Однако ученые не были удивлены этим наблюдением, поскольку трансляционная периодичность — повторяющееся расположение атомов в кристалле — не является предпосылкой для возникновения ферромагнитного порядка. Напротив, другой фундаментальный тип магнитного порядка, встречающийся в природе, антиферромагнетизм, по своей природе более чувствителен к симметрии кристалла.
Хотя теоретики давно ожидали установления антиферромагнетизма в отдельных QC, его еще предстоит непосредственно наблюдать. Экспериментально большинство магнитных iQC демонстрируют поведение застывания, подобное спиновому стеклу, без признаков дальнего магнитного порядка, что заставляет исследователей сомневаться в том, совместим ли антиферромагнетизм с квазипериодичностью — до сих пор.
В новаторском исследовании исследовательская группа наконец-то обнаружила антиферромагнетизм в реальном QC. Группу возглавил Рюдзи Тамура с кафедры материаловедения и технологий Токийского университета науки (TUS), а также Такаки Абэ, также из TUS, Таку Дж. Сато из Университета Тохоку и Макс Авдеев из Австралийской организации ядерной науки и технологий и Сиднейского университета. Их исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
Основываясь на недавнем открытии ферромагнетизма в Au-Ga-R iQC, исследователи идентифицировали новый тип золото-индий-европий (Au-In-Eu) iQC типа Цай, демонстрирующий пятикратную, трехкратную и двукратную вращательную симметрию. Команда провела ряд измерений объемных свойств и нейтронных экспериментов, чтобы изучить его магнитную природу.
Измерения магнитной восприимчивости показали острый пик при температуре 6,5 Кельвина (К) как для условий охлаждения в нулевом поле, так и для условий охлаждения в поле, что соответствует антиферромагнитному переходу. Измерения удельной теплоемкости также показали пик при той же температуре, подтверждая, что пик обусловлен дальним магнитным порядком.
Для дальнейшего подтверждения своих результатов группа провела нейтронные дифракционные измерения iQC при температурах 10 К и 3 К. Они наблюдали дополнительные магнитные пики Брэгга — острые пики интенсивности в дифракционной картине, указывающие на упорядоченную магнитную структуру — при 3 К, которые последовательно показывали резкое увеличение около температуры перехода 6,5 К в температурно-зависимых измерениях, что предоставило первое четкое доказательство дальнего антиферромагнитного порядка в реальном QC.
Что касается того, почему Au-In-Eu iQC содержит антиферромагнитную фазу, исследователи обнаружили, что, в отличие от ранее изученных iQC, которые обычно демонстрируют отрицательную температуру Кюри-Вейсса, этот новый iQC имеет положительную температуру Кюри-Вейсса. Интересно, что они также обнаружили, что при небольшом увеличении соотношения электронов к атому посредством элементной замены антиферромагнитная фаза исчезает, и iQC демонстрирует поведение спинового стекла, во многом похожее на предыдущие iQC. Это говорит о том, что iQC с положительной температурой Кюри-Вейсса способствуют установлению антиферромагнитного порядка, открывая новые возможности для будущих исследований по разработке новых антиферромагнитных QC путем управления соотношением электронов на атом.
«Это открытие наконец решает давний вопрос о том, возможен ли антиферромагнитный порядок в реальных квантовых компаундах. Антиферромагнитные квантовые компаунды могут обеспечить беспрецедентные функции, такие как сверхмягкие магнитные отклики, и в будущем вызовут революцию в спинтронике и магнитном охлаждении», — добавляет Тамура.
Открытие исследователей соответствует целям устойчивого развития (ЦУР) Организации Объединенных Наций — доступной и чистой энергии (ЦУР 7), промышленности, инновациям и инфраструктуре (ЦУР 9) — путем создания энергоэффективной электроники.
Это открытие, разрешающее многолетнюю тайну, не только оживляет поиск неисследованных антиферромагнитных квантовых контактов, но и открывает новую область исследований квазипериодических антиферромагнетиков, последствия которой выходят далеко за рамки спинтроники.
С момента своего открытия, отмеченного Нобелевской премией, исследователи физики конденсированного состояния уделили огромное внимание квантовым контактам, пытаясь как реализовать их уникальный квазипериодический магнитный порядок, так и их возможные применения в спинтронике и магнитном охлаждении. Ферромагнетизм был недавно обнаружен в икосаэдрических QCs (iQCs) золота-галлия-редкоземельных (Au-Ga-R). Однако ученые не были удивлены этим наблюдением, поскольку трансляционная периодичность — повторяющееся расположение атомов в кристалле — не является предпосылкой для возникновения ферромагнитного порядка. Напротив, другой фундаментальный тип магнитного порядка, встречающийся в природе, антиферромагнетизм, по своей природе более чувствителен к симметрии кристалла.
Хотя теоретики давно ожидали установления антиферромагнетизма в отдельных QC, его еще предстоит непосредственно наблюдать. Экспериментально большинство магнитных iQC демонстрируют поведение застывания, подобное спиновому стеклу, без признаков дальнего магнитного порядка, что заставляет исследователей сомневаться в том, совместим ли антиферромагнетизм с квазипериодичностью — до сих пор.
В новаторском исследовании исследовательская группа наконец-то обнаружила антиферромагнетизм в реальном QC. Группу возглавил Рюдзи Тамура с кафедры материаловедения и технологий Токийского университета науки (TUS), а также Такаки Абэ, также из TUS, Таку Дж. Сато из Университета Тохоку и Макс Авдеев из Австралийской организации ядерной науки и технологий и Сиднейского университета. Их исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
«Как и в случае с первым сообщением об антиферромагнетизме в периодическом кристалле в 1949 году, мы представляем первое экспериментальное доказательство антиферромагнетизма, возникающего в iQC», — говорит Тамура.
Основываясь на недавнем открытии ферромагнетизма в Au-Ga-R iQC, исследователи идентифицировали новый тип золото-индий-европий (Au-In-Eu) iQC типа Цай, демонстрирующий пятикратную, трехкратную и двукратную вращательную симметрию. Команда провела ряд измерений объемных свойств и нейтронных экспериментов, чтобы изучить его магнитную природу.
Измерения магнитной восприимчивости показали острый пик при температуре 6,5 Кельвина (К) как для условий охлаждения в нулевом поле, так и для условий охлаждения в поле, что соответствует антиферромагнитному переходу. Измерения удельной теплоемкости также показали пик при той же температуре, подтверждая, что пик обусловлен дальним магнитным порядком.
Для дальнейшего подтверждения своих результатов группа провела нейтронные дифракционные измерения iQC при температурах 10 К и 3 К. Они наблюдали дополнительные магнитные пики Брэгга — острые пики интенсивности в дифракционной картине, указывающие на упорядоченную магнитную структуру — при 3 К, которые последовательно показывали резкое увеличение около температуры перехода 6,5 К в температурно-зависимых измерениях, что предоставило первое четкое доказательство дальнего антиферромагнитного порядка в реальном QC.
Что касается того, почему Au-In-Eu iQC содержит антиферромагнитную фазу, исследователи обнаружили, что, в отличие от ранее изученных iQC, которые обычно демонстрируют отрицательную температуру Кюри-Вейсса, этот новый iQC имеет положительную температуру Кюри-Вейсса. Интересно, что они также обнаружили, что при небольшом увеличении соотношения электронов к атому посредством элементной замены антиферромагнитная фаза исчезает, и iQC демонстрирует поведение спинового стекла, во многом похожее на предыдущие iQC. Это говорит о том, что iQC с положительной температурой Кюри-Вейсса способствуют установлению антиферромагнитного порядка, открывая новые возможности для будущих исследований по разработке новых антиферромагнитных QC путем управления соотношением электронов на атом.
«Это открытие наконец решает давний вопрос о том, возможен ли антиферромагнитный порядок в реальных квантовых компаундах. Антиферромагнитные квантовые компаунды могут обеспечить беспрецедентные функции, такие как сверхмягкие магнитные отклики, и в будущем вызовут революцию в спинтронике и магнитном охлаждении», — добавляет Тамура.
Открытие исследователей соответствует целям устойчивого развития (ЦУР) Организации Объединенных Наций — доступной и чистой энергии (ЦУР 7), промышленности, инновациям и инфраструктуре (ЦУР 9) — путем создания энергоэффективной электроники.
Это открытие, разрешающее многолетнюю тайну, не только оживляет поиск неисследованных антиферромагнитных квантовых контактов, но и открывает новую область исследований квазипериодических антиферромагнетиков, последствия которой выходят далеко за рамки спинтроники.
Читайте также:
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+EnterЧитайте также:
.jpg)
