Учёные создали кристалл с уникальными магнитными вихрями для технологий будущего
Исследователи из Университета штата Флорида создали кристаллический материал, в котором магнетизм организуется в закрученные вихревые структуры. Это открытие может кардинально расширить возможности в области хранения данных, энергоэффективной электроники и будущих квантовых технологий. В ходе работы учёные объединили два соединения — на основе марганца, кобальта и германия и на основе марганца, кобальта и мышьяка. Несмотря на почти идентичный химический состав, эти соединения обладают разной кристаллической симметрией. Их соединение привело к возникновению «конфликта» (фрустрации) структур, что, по замыслу учёных, должно было вызвать аналогичное «скручивание» магнитных моментов атомов.
Гипотеза подтвердилась: когда смесь затвердела в кристаллы, эксперименты по нейтронной дифракции на инструменте TOPAZ в Национальной лаборатории Ок-Ридж выявили образование желаемых магнитных текстур циклоидального типа, похожих на скирмионы. Эти крошечные магнитные вихри возникают из спинов атомов, каждый из которых подобен миниатюрной стрелке. Когда эти «стрелки» выстраиваются в повторяющиеся спирали, они открывают доступ к экзотическим физическим явлениям с огромным технологическим потенциалом.
Подобные магнитные текстуры являются областью активных исследований, поскольку скирмионами можно управлять с чрезвычайно низкими энергозатратами. Это делает их идеальными кандидатами для памяти следующего поколения и энергоэффективных электронных компонентов. Низкоэнергетическое управление магнетизмом означает более холодные и эффективные системы, что критически важно для суперкомпьютеров, использующих тысячи процессоров. Кроме того, работа открывает перспективы для создания устойчивых к сбоям квантовых компьютеров, где стабильные магнитные узоры могли бы помочь сохранять хрупкую квантовую информацию.
Ключевой аспект исследования — сдвиг от поиска готовых материалов с нужными свойствами к их целенаправленному проектированию. Учёные использовали «химическое мышление», предсказывая, как баланс между двумя структурами повлияет на взаимодействие атомных спинов. Эта прогностическая способность может указать путь к созданию более доступных и простых в выращивании кристаллов.
Исследование в Journal of the American Chemical Society.