Найден меняющий проводимость при смене магнитных свойств материал

Материаловеды из США выявили первый достоверный случай, когда переход материала в магнитное состояние приводит к изменениям в его кристаллической структуре, отчего проводимость уменьшается таким образом, что проводник превращается в изолятор. О своей работе исследователи рассказали в журнале Nature Physics.

Троилит — это железный минерал с формулой FeS. На Земле его можно встретить преимущественно в метеоритах, особенно прилетевших с Луны и Марса. С момента открытия в 1862 году необычных свойств у него не находили. Но в новой статье исследователи высказали предположение, что между 143 °C и 317 °C — в температурном диапазоне, где троилит одновременно приобретает магнитные и проводящие свойства, — возможно, существует новый физический механизм.

«В статье мы выдвинули теорию, что движение атомов в кристаллической решетке этого материала влияет на свойства минерала благодаря довольно сложному эффекту, который ранее не наблюдался, — говорит один из исследователей, доцент кафедры механики и материаловедения в Университете Дьюка Оливье Делер. — Самый важный аспект — это взаимодействие между магнитными свойствами и атомной динамикой. До сих пор связанные с этим эффекты мало исследовались, но в будущем материалы с такими свойствами имеют хорошие перспективы для применения в вычислительных технологиях».

Чтобы лучше понять поведение троилита, ученым сначала предстояло вырастить его идеальные кристаллы. После их синтеза исследователи отправили образцы в Ок-Риджскую и Аргоннскую национальные лаборатории для проведения рентгенографического и нейтронографического анализа. Наблюдая за изменениями, происходящими в результате фазовых превращений троилита, исследователи смогли зафиксировать ранее неизвестные механизмы перестройки кристаллической решетки. При высоких температурах спины атомов троилита направлены произвольно, что делает материал немагнитным. Но как только температура падает ниже 317 °C, магнитные моменты материала естественно упорядочиваются, обуславливая возникновение у него магнитных свойств.

Выравнивание спинов изменяет динамику колебаний атомов. Этот сдвиг заставляет всю кристаллическую атомную структуру слегка деформироваться, что приводит к расширению запрещенной зоны, а следовательно, и к уменьшению проводимости минерала. По словам исследователей, это первый наглядный пример того, что упорядочивание спинов электронов может определять кристаллическую структуру материала. Это свойство может быть полезно для спинтроники — нового типа технологий, в которых вместо электронов информацию переносят их спины. Это позволит компьютерным процессорам стать более плотными и эффективными.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.