Обнаружены уникальные магнитные свойства соединения свинца и марганца

Сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) вместе с коллегами из Сибирского федерального университета (СФУ) изучили свойства ферромагнетика PbMnBO₄. Они обнаружили, что уникальные магнитные и теплофизические характеристики соединения определяются его специфической структурой. Результаты работы, поддержанной грантом Российского фонда фундаментальных исследований, опубликованы в журнале Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Кристалл PbMnBO₄ привлек внимание ученых своими ферромагнитными свойствами: вещества-ферромагнетики при определенной температуре (ниже критической температуры Кюри) могут обладать намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля. Среди оксидов чистые ферромагнетики встречаются редко и природа их магнетизма отличается от таковой у металлических ферромагнетиков. В неметаллических кристаллах устанавливается особый порядок магнитных моментов атомов или ионов, который разрушается при повышении температуры и достижении критической точки. Магнитные моменты этих соединений направлены в одну сторону. Более ранние исследования ученых показали, что в кристалле PbMnBO₄ источником ферромагнитной связи является особое свойство трехвалентного иона марганца, искажающего симметрию кислородного окружения.

Изучая характеристики соединения, ученые обнаружили, что отдельные признаки магнитного порядка сохраняются и при повышении температуры выше критической, поэтому магнитные и теплофизические свойства соединения исследовали при температуре Кюри и выше. Измерения теплоемкости позволили изучить сохранение магнитного порядка в отсутствие внешнего поля.

«Мы обнаружили, что даже без внешнего магнитного поля следы магнитного порядка сохраняются вплоть до температур, вдвое превышающих точку Кюри. В присутствии поля этот интервал становится еще больше», — рассказывает Анатолий Панкрац, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории резонансных свойств магнитоупорядоченных веществ ИФ СО РАН.

Причина этих особенностей кроется в специфической магнитной структуре кристалла. В ней можно выделить цепочки — элементы с интенсивными обменными процессами между магнитными моментами. Такой тип структуры называют квазиодномерным. При охлаждении кристалла PbMnBO₄ магнитный порядок формируется сначала внутри цепочек, а затем между ними. Особенности структуры этого соединения проявляются не так ярко, как в традиционных квазиодномерных магнетиках, но влияют на его магнитные и теплофизические свойства.

Предполагалось, что благодаря иону свинца это соединение также сможет проявлять свойства мультиферроиков — веществ, в которых порядок существует сразу в нескольких взаимодействующих подсистемах: магнитной, электрической, упругой. Взаимосвязь между разными подсистемами проявляется, к примеру, в возникновении магнитоэлектрических эффектов: электрическое поле может индуцировать намагниченность, а магнитное — электрическую поляризацию. Это свойство используют для развития нового направления в электронике — спинтроники. Она предполагает управление током с помощью не только электрического, но и магнитного поля. В случае же кристалла PbMnBO₄ магнитоэлектрический отклик оказался очень слабым.

Исследования ферромагнетика PbMnBO₄ проводятся в рамках изучения функциональных материалов, которые можно применять в качестве датчиков, рабочих элементов приборов и устройств обработки информации. Поиск новых функциональных материалов и изучение их физических свойств расширяет возможности электроники.

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

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.