Физики изучили эволюцию сложной структуры марганец-кобальт-содержащего мультиферроика — вещества, проявляющего магнитные и электрические свойства одновременно. Такие материалы перспективны для разработки устройств электроники нового поколения, например суперкомпьютеров. Исследование поддержано грантом РНФ. Статья опубликована в журнале Physical Review B.

Магнитные или электрические свойства вещества возникают благодаря его составу и структуре — расположению атомов в кристаллической решетке. Иногда магнитные моменты атомов в веществе выстраиваются определенным образом спонтанно, то есть без воздействия внешнего магнитного поля. Это явление физики называют магнитным упорядочением. Если направление при этом одинаково, то упорядочение называется ферромагнитным. При электрическом упорядочении в кристалле без воздействия внешнего поля может возникать спонтанная поляризация — смещение электрических зарядов. Это характерно для сегнетоэлектриков — веществ, свойства которых определяются симметрией кристалла, которая, в свою очередь, зависит от внешних условий, в частности от температуры.

В последнее время ученые все больше исследуют мультиферроики — материалы, в которых магнитное и электрическое упорядочение существуют одновременно и оказывают сильное влияние друг на друга. Основная сложность при изучении этих веществ состоит в том, что электрическая поляризация достаточно сложным образом взаимодействует с различными магнитными структурами, и для ее изучения нужны технически сложные и дорогостоящие исследования в сильных магнитных полях. Эти условия могут обеспечить только масштабные установки — ускорители, ядерные реакторы и коллайдеры заряженных частиц, мощные лазеры, вычислительные комплексы и так далее.

В новой работе исследователи изучили свойства монокристалла мультиферроика MnM0,8Co0,2WO4 в широком диапазоне воздействия магнитного поля. «Расположение и ориентация атомных магнитных моментов в кристалле формируют его магнитную структуру, которая зависит в том числе и от состава вещества, — объясняет один из авторов работы, ведущий научный сотрудник Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН Александр Мухин. — При замене 20% марганца на кобальт в составе мультиферроика MnWO4 мы получили сложную антиферромагнитную коническую структуру вместо обычной плоской».

Физики изучили эволюцию этой структуры в очень широком диапазоне величины магнитного поля вплоть до так называемого спин-флип перехода, когда под действием внешнего поля магнитные моменты самого вещества выстраиваются вдоль этого поля, и вещество переходит в ферромагнитное состояние. Исследователи построили так называемые магнитоэлектрические фазовые диаграммы, которые описывают состояние вещества в каждой точке в зависимости от температуры и внешнего поля. Оказалось, воздействие магнитного поля вдоль оси конуса и перпендикулярно ей приводит к различиям в фазовых переходах и поведении электрической поляризации вещества.

«Мы установили, при каких условиях в веществе проявляется электрическая поляризация и как она зависит от изменения магнитной структуры под воздействием внешнего поля. Также мы выявили новые функциональные возможности магнитоэлектрических материалов, позволяющие управлять магнитными состояниями через электрические поля и, наоборот, электрическими состояниями с помощью магнитного поля. Исследования представляют прежде всего научный интерес, они дают полную картину эволюции магнитных структур, вплоть до предельных магнитных полей, и выявляют закономерности их поведения», — пояснил ученый.

Материалы с такими свойствами перспективны для разработки устройств спинтроники (электроники нового поколения), например суперкомпьютеров. Полученные результаты можно использовать для отработки управления свойствами подобных материалов.

Похожие новости

  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    214
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    53
  • 14/12/2018

    Российские физики раскрыли новый механизм образования железо-углеродных наночастиц

    ​Российские физики установили, как под действием высокой температуры и большого давления формируются покрытые углеродной оболочкой наночастицы из соединений железа с углеродом — карбидов. Эти данные помогут разработать методы синтеза нанокомпозитов с заданными свойствами для медицины, электроники и других областей.
    76
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    302
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    167
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    265
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    301
  • 15/05/2018

    Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

    ​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия.
    469
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    383
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    672