Ученые из Нью-Йоркского университета впервые получили убедительные доказательства существования нового типа магнита, который может значительно улучшить характеристики технологий хранения информации.
В отличие от традиционных магнитов, где микроскопические магнитные области выстраиваются в единое направление, формируя мощное магнитное поле, новый «синглетный» магнит демонстрирует иной принцип действия. Его магнитные поля возникают и исчезают, что обуславливает нестабильность силы, но одновременно открывает возможность создания более гибкого магнитного поля, превосходящего по своим характеристикам обычные аналоги.
«В настоящее время активно ведутся научные изыскания, направленные на применение магнитов и магнетизма для совершенствования технологий хранения данных. Синглетные магниты характеризуются более оперативным переходом между магнитным и немагнитным состояниями, что позволяет уменьшить затраты усилий при переключении между немагнитным и сильно магнитным состояниями. Это может оказаться полезным для снижения энергопотребления и повышения скорости работы компьютера, — отмечает Эндрю Рэй, доцент кафедры физики Нью-Йоркского университета, руководивший исследовательской командой. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Домен — это обширная область в магнитном кристалле, где ориентация спинов электронов в атомах отличается от ориентации спинов электронов в соседних доменах. Это означает, что такие домены действуют как единое целое, и запись информации непосредственно в спины электронов отдельных атомов невозможна, что стимулирует поиск альтернативных, не связанных с магнетизмом, способов хранения данных.
Группе исследователей из Нью-Йоркского университета удалось достичь определенных результатов в этой области. В ходе экспериментов с соединениями урана, висмута и сурьмы ученые выявили, что они демонстрируют регулярное образование связей с уникальными магнитными и электрическими характеристиками. Особый интерес у физиков вызвал уран, поскольку его соединения известны своими сверхпроводящими свойствами. С помощью рентгеновского спектроскопа ученые установили, что сочетание сурьмы и урана проявляет необычные магнитные свойства, не содержа при этом магнитных доменов.
Представления о возможности создания магнитов такого рода появились в 1960-х годах, когда была предложена теория, противоречащая устоявшимся знаниям об обычных магнитах. В то время эксперты предположили, что материал, в котором отсутствуют магнитные моменты, все еще может быть магнитом. Ученые отмечают, что это кажется невозможным, но тем не менее работает — из-за своего рода временного магнитного момента, называемого «спиновым экситоном», который может возникать, когда электроны сталкиваются друг с другом при правильных условиях.
«Одиночные спиновые экситоны, как правило, быстро исчезают, однако, согласно теории, большое их количество может стабилизировать друг друга и катализировать появление еще большего количества спиновых экситонов в виде каскада», — объясняет Рэй.
Согласно данной концепции, электроны могут располагаться внутри определенных материалов таким образом, что их взаимодействия приводят к формированию специфических областей, в которых спины частиц ориентированы исключительно вверх или вниз. В отличие от традиционных магнитных доменов, каждый электрон в данном случае действует самостоятельно, что, по мнению исследователей, обуславливает высокую степень нестабильности такого магнита.
Используя рассеяние нейтронов, рентгеновское рассеяние и теоретическое моделирование, исследователи выявили корреляцию между поведением и повышенной надежностью магнита USb2 и теоретическими характеристиками магнитов на синглетной основе. Ученые надеются, что их открытие поможет при повышении скорости работы магнитных носителей информации.