Ученые открывают новый тип магнита
Команда ученых обнаружила первый надежный пример магнита нового типа, который обещает повысить производительность технологий хранения данных.
Этот «синглетный» магнит отличается от обычных магнитов, в которых маленькие магнитные составляющие выравниваются друг с другом, создавая сильное магнитное поле . В отличие от этого, недавно открытый магнит на основе синглета имеет поля, которые появляются и исчезают, что приводит к нестабильной силе, но также и поле, которое потенциально обладает большей гибкостью, чем обычные аналоги.
«В настоящее время проводится много исследований по использованию магнитов и магнетизма для улучшения технологий хранения данных», — объясняет Эндрю Рэй, доцент кафедры физики в Нью-Йоркском университете, который возглавлял исследовательскую группу. «Синглетные магниты должны иметь более внезапный переход между магнитной и немагнитной фазами. Вам не нужно делать столько, чтобы материал переключался между немагнитным и сильно магнитным состояниями, что может быть полезным для энергопотребления. и скорость переключения внутри компьютера.
«Существует также большая разница в том, как этот вид магнетизма сочетается с электрическими токами. Электроны, попадающие в материал, очень сильно взаимодействуют с нестабильными магнитными моментами, а не просто проходят через них. Следовательно, возможно, что эти характеристики могут помочь с узкими местами производительности и позволяют лучше контролировать информацию, хранящуюся в магнитном поле «.
В работе, опубликованной в журнале Nature Communications , также участвовали исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Национального института стандартов и технологий, Университета Мэриленда, Университета Рутгерса, Брукхейвенской национальной лаборатории, Университета Бингемтона и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.
Идея создания этого типа магнита восходит к 1960-м годам, основываясь на теории, которая резко контрастировала с тем, что давно было известно об обычных магнитах.
Типичный магнит содержит множество крошечных «магнитных моментов», которые синхронизированы с другими магнитными моментами, и все они действуют в унисон, создавая магнитное поле. Воздействие этого узла на тепло устранит магнетизм; эти маленькие моменты останутся — но они будут указывать в случайных направлениях, больше не выровненные.
Напротив, новаторская мысль 50 лет назад утверждала, что материал, в котором отсутствуют магнитные моменты, все еще может быть магнитом. Ученые отмечают, что это кажется невозможным, но это работает из-за своего рода временного магнитного момента, называемого «спиновым экситоном», который может возникать, когда электроны сталкиваются друг с другом в правильных условиях.
«Один спиновый экситон имеет тенденцию исчезать в короткие сроки, но когда их много, теория предполагает, что они могут стабилизировать друг друга и катализировать появление еще большего количества спиновых экситонов в виде каскада», — объясняет Рэй.
В исследованиях Nature Communications ученые стремились раскрыть это явление. Несколько кандидатов были найдены начиная с 1970-х годов, но всех было трудно изучить, так как магнетизм стабилен только при чрезвычайно низких температурах.
Используя рассеяние нейтронов , рентгеновское рассеяние и теоретическое моделирование, исследователи установили связь между поведением гораздо более надежного магнита USb2 и теоретическими характеристиками магнитов на синглетной основе.
«Этот материал был настоящей загадкой в течение последних нескольких десятилетий — способы, которыми магнетизм и электричество общаются друг с другом внутри него, как известно, были причудливыми и только начинают обретать смысл с этой новой классификацией», — отмечает Лин Мяо, NYU постдокторант и первый автор статьи.
В частности, они обнаружили, что USb2 содержит критические компоненты для этого типа магнетизма — в частности, квантово- механическое свойство, называемое «Hundness», которое определяет, как электроны генерируют магнитные моменты. Недавно было показано, что Hundness является решающим фактором для ряда квантово-механических свойств, включая сверхпроводимость.
