Главная » Научные открытия » Физики создали невозможный плоский магнетик

Физики создали невозможный плоский магнетик

Опубликовано: 2017-04-30

Физики создали невозможный плоский магнетик

Физики из Университета Калифорнии и Принстонского
университетов обнаружили ферромагнетизм в двумерном кристалле — теллуриде хрома
и германия. В ферромагнетиках спины электронов оказываются направлены в одном
направлении, что проявляется, например, в том, что они (как железо)
притягиваются к магнитам. Это очень необычный результат — с точки зрения классической
теории, в одномерных и двумерных материалах упорядочение невозможно. По словам
авторов, такие материалы делают возможной постройку двумерных спинтронных
устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Интерес авторов новой работы связан с двумерными
спинтронными устройствами. Для того, чтобы обеспечить работу таких устройств,
требуется создать двумерный материал, в котором спины электронов были бы упорядочены.

Примеров подобных трехмерных материалов — огромное
количество. Более того, при достаточно низкой температуре спины электронов в
любом веществе начинают упорядочиваться. Для одномерных и двумерных материалов
(цепочек и плоскостей) ситуация оказывается совершенно иной. Существует теорема
Мермина-Вагнера-Березинского — это достаточно известное утверждение, сводящееся
к тому, что для разрушения магнитного упорядочения в 1D или 2D материалах
достаточно даже малых флуктуаций. При отличной от абсолютного нуля температуре упорядочение становится невозможным.

Физики ищут различные подходы к тому, чтобы обойти этот
запрет. Например, в ряде работ ученые пытаются создать магнитное
упорядочение в графене путем целенаправленного встраивания дефектов. Другой
подход — размещать двумерный материал над обыкновенным магнитным материалом,
тогда на поведение электронов будет влиять близость упорядоченного магнетика. Но
все они имеют определенные ограничения: упорядочение возникает в небольшой
области, либо эффект близости оказывается слишком слаб.

За основу ученые взяли теллурид хрома германия — слоистое
соединение с формулой Cr2Ge2Te6. Используя
скотч, как и первооткрыватели графена, физики отделили от кристалла небольшие
чешуйки, насчитывавшие всего 2-6 слоев в толщину. Как отмечают авторы,
одноатомные слои были неустойчивы и быстро деградировали, поэтому поставить
эксперимент с ними не удалось.

Ученые исследование поведения чешуек в небольших магнитных
полях — до 0,3 тесла. Авторы обнаружили переход из парамагнитного
(неупорядоченного состояния) в ферромагнитное уже при температуре 40 кельвин
(-233 градуса Цельсия).

По словам ученых, главную роль в упорядочении играет
магнитная анизотропия. При индукции полей близкой к нулю она невелика, но если
поместить чешуйки хотя бы в слабое магнитное поле, эффективная анизотропия
резко увеличивается. Это сказывается на том, какими энергиями могу обладать
спиновые волны в материале, возникает своеобразная запрещенная зона.

Впервые квазидвумерный материал с ферромагнитным упорядочением
был обнаружен
в 1995 году французскими физиками из Национального центра научных исследований.
Им стал близкий аналог соединения, описанного в новой работе — Cr2Si2Te6. Хотя ученые изучали
его магнитные свойства в толще материала, его можно рассматривать как почти двумерный
объект из-за большого расстояния между слоями.

Владимир Королёв

N+1