Российские учёные создали кристаллы, магнетизм которых можно настраивать изменением атомного состава
Учёные Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова синтезировали кристаллические соединения на основе молибдена и хлора и показали, что их магнитные свойства можно существенно изменять, заменяя часть атомов металла. Полученные материалы рассматриваются как модельная система для поиска новых магнитных соединений, которые в перспективе могут использоваться в спинтронике.
Исследователи работали с хлоридом молибдена. Особенность этого соединения заключается в том, что атомы металла образуют пары, связанные через атомы хлора. Расположение таких пар в кристаллической решётке влияет на взаимодействие магнитных моментов и, следовательно, на свойства всего материала.
Чтобы получить необходимые кристаллы, порошок молибдена обрабатывали газообразным хлором в герметичной трубке, после чего материал помещали в печь с различной температурой в разных её участках. Такой способ позволил сформировать требуемую кристаллическую структуру.
Затем учёные проверили, насколько сильно магнитные свойства зависят от химического состава. Для этого часть атомов молибдена заменяли атомами рения или ниобия. Результаты показали, что даже такое изменение заметно перестраивает магнитное поведение материала.
В исходных кристаллах пары атомов металла занимали три различных положения в кристаллической решётке и взаимодействовали с разной силой. При охлаждении примерно до −261 °C материал переходил в ферромагнитное состояние — магнитные моменты начинали ориентироваться преимущественно в одном направлении.
После частичной замены молибдена рением характер взаимодействия изменился. Материал демонстрировал слабый магнетизм: магнитные моменты ориентировались противоположно, однако полностью друг друга не компенсировали. При добавлении ниобия магнитное упорядочение, наблюдавшееся в исходном соединении, исчезало.
Таким образом, эксперимент показал, что магнитными свойствами подобных кристаллов можно управлять сразу двумя способами — изменяя расположение пар атомов в решётке и химический состав соединения.
Интерес к таким материалам связан со спинтроникой. В обычной электронике информация обрабатывается главным образом с помощью электрического заряда электронов. Спинтроника дополнительно использует их магнитные свойства. Это направление исследуется как один из способов создания новых типов памяти, датчиков и других электронных компонентов.
Однако полученные кристаллы пока нельзя рассматривать как готовый материал для электронных устройств. Ферромагнитное состояние возникает только при температуре −261 °C, поэтому одним из следующих этапов станет поиск способов значительно повысить температуру магнитного перехода.
Исследователи планируют продолжить изменение химического состава соединений. В частности, молибден предполагается заменять другими металлами, включая вольфрам и осмий, а вместо хлора использовать другие галогены, например бром. Такие эксперименты должны показать, можно ли получить аналогичные материалы с более подходящими для практического применения характеристиками.
Исследование в журнале Inorganic Chemistry.