В элементе неодиме обнаружена новая форма магнитного порядка
Магнетизм материала может использоваться в самых разных областях. С развитием экологически чистых технологий в обществе потребность в новых и улучшенных магнитных материалах, как ожидается, станет еще больше. Исследователи из Уппсальского университета представляют новые открытия, касающиеся элемента неодима. Неодим, по-видимому, обладает ранее неизвестной формой магнитного порядка, состоящей из смеси магнитных спиралей.
Неодим является важным компонентом мощных магнитов, используемых во многих областях, от мобильных телефонов до ветряных турбин. Несмотря на эти области применения, магнетизм чистого неодима более полувека оставался загадкой для научного сообщества. Исследователи из Уппсальского университета и Университета Радбоуда в Нидерландах показали, что неодим демонстрирует ранее неизвестную форму магнитного упорядочения, состоящую из смеси магнитных спиралей.
Различные спирали, называемые спиновыми спиралями, легко переплетаются друг с другом, что означает отсутствие четко определенного основного состояния, но магнитная структура постоянно медленно меняется со временем. Такое поведение во многом напоминает то, как атомы в обычном стекле не застыли на месте, а постоянно движутся. Этот новый тип динамического магнитного порядка поэтому называется спиновым спиральным стеклом. Помимо возможности описания магнетизма неодима, вероятно, динамика, демонстрируемая спиновым спиральным стеклом, может быть использована для описания явлений в совершенно других областях, например, в искусственном интеллекте, имитирующем поведение мозга.
«Магнетизм неодима долгое время был предметом дискуссий. Наши результаты также показывают, что хорошо изученное поведение спинового стекла может наблюдаться и в материалах, которые не являются разупорядоченными, как считалось ранее. Это означает, что за этими явлениями стоят движущие силы, которые еще не до конца поняты, и вполне вероятно, что существует множество других материалов, помимо неодима, которые ведут себя как спиральные спиновые стекла», — говорит Андерс Бергман, научный сотрудник кафедры физики и астрономии Уппсальского университета.
«Теперь мы показали, что само явление спирального вращения стекла существует, и имеем базовое понимание его причин, но мы хотим пойти дальше и узнать еще больше о движущих силах этого явления, поэтому мы планируем продолжить изучение как неодима, так и других материалов, которые, как мы полагаем, могут демонстрировать аналогичное поведение», — говорит Диана Юшан, научный сотрудник кафедры физики и астрономии Уппсальского университета.
В Уппсальском университете над этим исследованием работали исследователи Андерс Бергман, Диана Юшан, Ларс Нордстрём и Олле Эрикссон.
Подробнее о магнитном порядке
В упрощенном виде магнитный материал можно описать так: на каждом атоме находятся маленькие стержневые магниты. Эти маленькие атомные магниты создаются электронами в материале, которые обладают квантово-механическим свойством, называемым «спином». В зависимости от расположения атомных магнитов магнитные материалы можно разделить на различные разновидности. Если все атомные магниты направлены в одном направлении, материал ведет себя как один большой магнит и обладает магнитным порядком, называемым ферромагнетизмом (по названию железа, ferrum на латыни). Если атомные магниты направлены в совершенно случайных направлениях, получается парамагнетик. Если атомные магниты располагаются по спирали, то есть образуют упорядоченную структуру, где магниты вращаются вокруг некоторой оси, магнитный порядок называется спиральным спином.
Спиновое стекло — это класс магнитных материалов, которые на первый взгляд кажутся неупорядоченными парамагнетиками, но при этом демонстрируют динамику, то есть движения, которые следуют определенным закономерностям во времени. Динамика, проявляемая спиновыми стеклами, может наблюдаться и в совершенно других явлениях, не имеющих отношения к магнетизму, например, в биологических системах. Спиновое спиральное стекло можно рассматривать как разновидность спинового стекла со схожей динамикой, но где магнетизм представляет собой смесь различных спиралей, и поэтому они не так неупорядочены, как обычное спиновое стекло.
