Новый кристалл заставляет магнетизм закручиваться удивительными способами
Ученые создали гибридный кристалл, в котором атомные спины образуют сложные вихревые структуры (скирмионы) благодаря преднамеренному структурному несоответствию двух соединений
Короткое резюме
Исследователи из Университета штата Флорида разработали новый гибридный кристаллический материал со сложным магнитным поведением, смешав два химически похожих, но структурно различных соединения: на основе марганца, кобальта и германия и на основе марганца, кобальта и мышьяка. Возникающее на границе структурное несоответствие создает «фрустрацию», которая передается на магнитные моменты атомов, заставляя их выстраиваться не в обычные параллельные или антипараллельные конфигурации, а в сложные повторяющиеся вихревые узоры, известные как скирмионоподобные спиновые текстуры.
Уникальные магнитные свойства материала были детально изучены с помощью дифракции нейтронов на одном кристалле на инструменте TOPAZ в Национальной лаборатории Ок-Ридж. Этот подход знаменует собой переход от традиционного поиска материалов с желаемыми свойствами к их целенаправленному дизайну, основанному на понимании фундаментальных принципов, таких как структурная фрустрация. Авторы исследования подчеркивают, что использовали «химическое мышление», предсказав, что конкуренция кристаллических структур приведет к скручиванию спинов.
Материалы со скирмионными текстурами представляют большой интерес для перспективных технологий, включая высокоплотные устройства хранения данных, энергоэффективную электронику и отказоустойчивые квантовые компьютеры. Скирмионы можно перемещать с очень малыми затратами энергии, что сулит значительную экономию в крупных вычислительных системах. Разработка прогностической способности создавать такие материалы «с нуля» также может расширить спектр используемых элементов и упростить их производство.
Дизайн материала через структурную фрустрацию
Ученые целенаправленно создали новый материал, смешав соединения с несовместимыми кристаллическими структурами, что привело к «фрустрации» и формированию вихревых магнитных текстур
Наблюдение скирмионоподобных спиновых текстур
В гибридном кристалле атомные спины организовались в сложные циклические (циклоидальные) узоры, а не в простые параллельные/антипараллельные конфигурации, что было подтверждено нейтронной дифракцией
Переход от поиска к прогнозированию
Исследование демонстрирует стратегический сдвиг от скрининга существующих материалов к предсказательному дизайну новых соединений с заданными магнитными свойствами на основе фундаментальных принципов
Потенциал для будущих технологий
Материалы со скирмионными текстурами перспективны для создания устройств хранения информации с высокой плотностью, энергоэффективной спинтроники и элементов отказоустойчивых квантовых компьютеров
Текст сгенерирован с использованием ИИ
