Материал демонстрирует высокую чувствительность, что было неожиданным, учитывая отсутствие предположений о наличии подобных характеристик.
Электричество и магнетизм неразрывно связаны: линии электропередачи создают магнитное поле, а вращающиеся магниты в генераторах вырабатывают электричество. Аналогичная взаимосвязь проявляется и в некоторых материалах: магнитные поля могут воздействовать на электрические свойства определенных кристаллов, и наоборот. Эти явления объединяются под общим названием магнитоэлектрические эффекты.
Неожиданный магнитоэлектрический эффект был обнаружен учеными из Венского технологического университета в материале, обладающем кристаллической структурой, схожей с кварцем. Речь идет о кристалле лангазита, легированного гольмием и имеющем формулу Ho xLa3−xGa5SiO14. Статья об открытии опубликована в издании Npj Quantum Materials. Проведенные исследования продемонстрировали высокую чувствительность этого эффекта в лангазите: его проявление зависит от незначительных изменений в направлении магнитного поля.
«Взаимосвязь электрических и магнитных свойств кристалла определяется его внутренней структурой, отмечает Андрей Пименов, специалист в области физики твердого тела и один из авторов исследования. Согласно теоретическим расчетам, магнитоэлектрический эффект не проявится, если кристалл характеризуется высокой степенью симметрии, например, если одна его сторона является точной копией другой».
То же самое справедливо и для лангазита. Его кристаллическая структура, согласно теории, исключает возможность проявления подобных эффектов. «Однако, если мы увеличим интенсивность магнитного поля, произойдет нечто удивительное, — продолжает Пименов. — Атомы гольмия изменят свое квантовое состояние и получат магнитный момент. Это приведет к нарушению внутренней симметрии кристалла». С геометрической точки зрения кристалл сохраняет симметрию, однако наличие магнитного момента эту симметрию нарушает. Таким образом, электрическая поляризация кристалла можно изменить с помощью магнитного поля.
Более сильное магнитное поле оказывает существенное воздействие на электрическую поляризацию, причем связь между ними, как правило, близка к линейной. Однако ориентация магнитного поля и поляризация взаимосвязаны нелинейно, и даже незначительное изменение ориентации может привести к существенному изменению поляризации. «Это новая форма магнитоэлектрического эффекта, которая ранее не была известна», — заключает Пименов.
На последующем этапе изучения характеристик гольмий-легированного лангазита исследователи планируют модифицировать его магнитные свойства с помощью электрического поля. Успешная реализация этой задачи может заложить основу для разработки инновационного и перспективного метода хранения информации. По словам Пименова, «магнитные запоминающие устройства, например, жесткие диски компьютеров, используют магнитные поля, создаваемые магнитными катушками, что сопряжено с существенными затратами энергии и времени. Прямое управление магнитными свойствами запоминающего устройства посредством электрического поля стало бы значительным достижением».
В прошлом один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков, а физики из США открыли явление, которое позволяет стабилизировать реакции термоядерного синтеза.