Ученые раскрыли тайну происхождения магнетизма на квантовом уровне
Физики из Университета Антверпена разработали революционный метод, позволяющий точно определять источники магнетизма в материалах на атомном уровне. Их открытие, в Physical Review Letters, может ускорить создание новых технологий в спинтронике, квантовых вычислениях и энергоэффективной электронике.
Как работает магнетизм?
Магнетизм возникает благодаря квантовым свойствам электронов — их спину и орбитальному моменту. В таких материалах, как железо, никель и хром, неспаренные электроны в d- и f-орбиталях создают магнитные моменты. Однако до сих пор оставалось загадкой, как именно эти электроны взаимодействуют между собой, формируя разные типы магнитного порядка.
Новый метод SHIM
Исследователи из группы COMMIT разработали методику Successive-Hopping Inclusion Method (SHIM), которая впервые позволила проследить все электронные вклады в магнитные взаимодействия. Они применили этот подход к двумерным материалам — трийодиду хрома (CrI₃) и дийодиду никеля (NiI₂) — и смогли определить, какие атомы и орбитали отвечают за магнитные свойства.
"Теперь мы можем точно сказать, какие электронные пути и орбитали управляют магнетизмом и в какой степени", — объясняет ведущий автор исследования Денис Шабани.
Перспективы для технологий
Метод SHIM позволит предсказывать, будет ли материал ферромагнетиком, антиферромагнетиком или альтермагнетиком, а также как его свойства изменятся под действием электрического поля, механического напряжения или комбинации с другими материалами.
"Это прорыв от простого наблюдения магнетизма к его полному пониманию и контролю", — говорит руководитель проекта профессор Милорад Милошевич.
Открытие открывает путь к созданию материалов с заданными магнитными свойствами для устройств следующего поколения, включая квантовые компьютеры и энергонезависимую память.