Современные компьютеры на основе кремниевой микроэлектроники практически достигли максимально возможной быстроты действия. Поэтому ученые ищут новые материалы, в которых можно было бы хранить и передавать информацию с помощью не заряда (электричества), а магнитных моментов электронов. Среди таких материалов перспективны антиперовскиты — кристаллы, магнитными свойствами которых можно управлять с помощью внешних воздействий, например, температуры.
Ранее исследования показали, что в кристаллах антиперовскита на основе железа, селена и кислорода магнитные моменты атомов приобретают четкий порядок сразу при двух температурах (-169°C и -195°C). Однако как меняется при этом структура кристалла и что происходит при переходе между этими состояниями, не было известно.
Ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) с коллегами вырастили кристаллы антиперовскита на основе железа, селена и кислорода и описали его переходы между разными магнитными состояниями при охлаждении.
Авторы выяснили, что структура этого кристалла напоминает сложный узор: ионы железа образуют плоские слои из колец с 4, 6 или 14 звеньями. Эти слои наклонены относительно осей кристалла и соединены дополнительными ионами железа. Именно такая геометрия создает магнитную «неоднородность» материала.
Исследователи поместили кристаллы в магнитное поле и измерили их намагниченность при разных температурах. Оказалось, что при охлаждении до -169°C материал переходит в ферримагнитное состояние, когда магнитные моменты его атомов выстраиваются антипараллельно (в противоположных направлениях друг к другу). При этом разнонаправленные магнитные моменты не компенсируют друг друга, и кристалл оказывается намагниченным.
В фокусе внимания — научный текст: исследователи Лариса Шванская и Ольга Волкова обсуждают детали и перспективы нового манускрипта. Источник: Татьяна Васильчикова
При дальнейшем охлаждении до -195°C происходит второй переход: материал становится антиферромагнетиком. Его магнитные моменты его атомов все так же противонаправлены, но уже полностью компенсируют друг друга. В результате кристалл теряет намагниченность.
В исследовании принимали участие сотрудники Института экспериментальной минералогии имени академика Д.С. Коржинского РАН (Черноголовка), Института ядерных исследований РАН (Москва), Университета штата Северная Каролина (США) и Университета Кёнхи (Южная Корея).«При температуре -169°C внутри каждой ячейки кристалла идет "борьба" магнитных моментов: 10 из них направлены в одну сторону, а 8 — в другую. Эта разница и создает магнитный отклик. Но стоит опустить температуру ниже -195°C, как соседние ячейки располагают свои нескомпенсированные моменты противоположно и полностью уравновешивают друг друга, делая кристалл не намагниченным. Материалы, в которых происходят подобные переходы, востребованы в спинтронике — технологии записи информации с помощью магнитных моментов электронов. Исследованное соединение, несмотря на свой потенциал, пока имеет очень низкие температуры переключения магнитных состояний, что ограничивает его применение в технологиях. Однако этот материал является ключевым для развития нового поколения элементов магнитной записи с минимальными энергопотерями. Включение в него металлов с большей магнитной “неоднородностью” может значительно увеличить температуры магнитных переходов, открывая широкие возможности для практического внедрения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ольга Волкова, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
