Исследователи из Национального института стандартов и технологий США обнаружили новый способ управления свойствами наноразмерных магнитных материалов. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Спин (собственный момент импульса частицы, который характеризует вращательное движение) наделяет электрон магнитным моментом. В некоторых материалах, например, в кобальте, спины соседних электронов взаимодействуют, благодаря чему металл обладает магнитными свойствами. Это происходит потому, что его спины выстраиваются в одном направлении.
Если некоторые спины меняют это направление, они захватывают с собой некоторые соседние спины. Из-за этого спины постепенно поворачиваются по часовой стрелке или против нее.
Для этого ученые контролировали взаимодействие Дзялошинского-Мория, ответственное за явление слабого ферромагнетизма, и которое выбирает приоритетное направление вращения спинов. Взаимодействие Дзялошинского-Мория обычно происходит на границе между тонкой пленкой магнитного металла и немагнитным металлическим слоем.
В эксперименте исследователи поместили тонкую пленку кобальта между двумя слоями платины и поставили материал на силиконовую пластинку. Толщина верхней и нижней пластины платины составили, соответственно, 1,7 и 35 нанометров. Слоистый материал затем обстреливался ионами аргона, которые разрушили верхнюю платиновую пленку и границу между платиной и кобальтом. Когда ученые использовали ионы аргона с более высокой энергией, взаимодействие Дзялошинского-Мория было отрицательным, а спины кобальта двигались против часовой стрелки. При использовании ионов аргона с низкой энергией, взаимодействие Дзялошинского-Мория оказалось положительным, а спины крутились в направлении по часовой стрелке. Поскольку ионы аргона с разной энергией могут быть нацелены на разные участки кобальтовой пленки, магнитные свойства вещества различались.
Возможность управления магнитными свойствами поможет создать и улучшить электронные носители и магнитные жесткие диски, а также разработать чувствительный детектор для магнитных наночастиц.
Математики развивают аппарат квантовой теории магнетизма металлов
Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в расчетах магнитных характеристик при абсолютном нуле, изучение магнитных свойств металлов и сплавов при конечных температурах остается нерешенной и актуальной проблемой. Важную роль в построении теории играют спиновые флуктуации (отклонения спиновой плотности от ее среднего значения). Основная трудность состоит в том, чтобы учесть одновременно квантовый характер (динамику) и нелокальность спиновых флуктуаций.
«Дан обзор динамической спин-флуктуационной теории магнетизма металлов. Теория позволяет рассчитывать магнитные свойства ферромагнитных металлов при конечных температурах. В статье дан подробный анализ методов и проведено сравнение численных результатов с экспериментом», — рассказал Николай Мельников, один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, доцент кафедры оптимального управления факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ имени М.В. Ломоносова.
Температуры магнитного фазового перехода в ферромагнитных металлах достаточно высоки, поэтому применения теории ферми-жидкости, приближения случайных фаз и их обобщений оказалось недостаточно. Большинство существующих теорий спиновых флуктуаций используют локальное приближение. Динамическая теория спиновых флуктуаций, развитая при участии авторов обзора, учитывает их нелокальность.
«Учет нелокальности спиновых флуктуаций позволил добиться хорошего согласия с экспериментами по нейтронному рассеянию. При помощи динамической теории спиновых флуктуаций удалось интерпретировать результаты эксперимента и исследовать проблему магнитного ближнего порядка в металлах выше температуры Кюри», — заключает Борис Резер, соавтор статьи, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела теоретической и математической физики Института физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.
Источник: https://indicator.ru
Свежие комментарии