Пресс-центр

Ученые получили материал с уникальными магнитными свойствами

Ученые НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ совместно с российскими коллегами получили и подробно изучили новый слоистый оксид с редчайшим сочетанием магнитных свойств. Он обладает двумерным магнетизмом, мультиферроизмом, а также связанной кристаллической и магнитной хиральностью. Такой уникальный набор свойств прежде наблюдался лишь у одного кристалла — MnSb₂O₆. Эта особенность делает новое соединение — MnSnTeO₆ — перспективным для электроники будущего, основанной на квантовых эффектах.

Результаты данной работы опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

Физика низкоразмерного магнетизма является новым, активно развивающимся направлением современной науки. Особенно интересны двумерные магнетики, поскольку, в отличие от трехмерных, они очень «чувствительны» к внешнему воздействию. Это дает возможность управлять их свойствами без существенных энергетических затрат. Полученное учеными соединение MnSnTeO₆ является новым представителем данного класса материалов.

«В двумерных магнетиках квантовая суть материи проявляется наиболее ярко: становится возможным экспериментально наблюдать и применять на практике множество неклассических квантовых эффектов», - отмечает заведующий Лабораторией исследования материалов, руководитель Отделения нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ Александр Курбаков. По словам ученого, одной из перспективных областей применения таких материалов является спиновая электроника (спинтроника), в рамках которой предполагается создание нового поколения ультракомпактных устройств с низким потреблением энергии.

Новый слоистый оксид обладает еще одним уникальным свойством – мультиферроизмом. Оно подразумевает одновременное присутствие нескольких типов «ферро» упорядочения: ферромагнитное, ферроэлектрическое и ферроупругое. Мультиферроизм проявляется в новом слоистом оксиде необычным способом: здесь действует уникальный механизм переключения электрической поляризации между одно- и двухдоменными конфигурациями. Благодаря этим особенностям данный материал может стать прообразом соединений, которые будут использоваться в новых высокотехнологичных устройствах с низким потреблением энергии. Для их функционирования не понадобится электрический ток: электрическими свойствами можно будет управлять с помощью магнитного воздействия. Этот же принцип будет работать и в обратную сторону, что позволит создавать устройства хранения информации со сверхвысокой плотностью записи.

Специалисты осуществили цикл нейтронных и рентгеновских исследований нового слоистого оксида MnSnTeO₆. Они выяснили структуру отдельного магнитного слоя материала, расположение в нем магнитных ионов, величины и направления спинов ионов марганца, формирующих несоразмерную с кристаллической решеткой геликоидную спираль. «Спиновое упорядочение и связанное с ними изменение магнитных свойств происходят в слоистом оксиде при температуре ниже 10 К. Это было установлено нами с помощью низкотемпературной нейтронной дифракции. Показана решающая роль плоскостной анизотропии, что отражается в конкурирующих антиферромагнитных фазах, возникающих в умеренном магнитном поле, которые благоприятствуют геликоидной спиновой структуре по сравнению с основным циклоидным состоянием», - пояснил Александр Курбаков. Авторы работы определили, что этот структурный тип (MnSnTeO₆), по сути своей является трёхкомпонентным (четырёхэлементным), а существование его с двумя сортами катионов (MnSb₂O₆) – лишь частный случай.

Результаты работы – это экспериментальная база, необходимая для теоретического обоснования общих механизмов и принципов низкоразмерного магнетизма, а также поиска новых систем двумерных магнетиков с уникальными мультиферроидными свойствами. В будущем, данный класс материалов может стать основой для электронных устройств нового поколения.

Работа выполнена в рамках проекта РНФ. В исследовании приняли участие специалисты НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, физического факультета МГУ, химического факультета ЮФУ и Института физики металлов УоРАН.