Наши ученые в журнале Physical Review B
Российские физики совместно с иностранными коллегами 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 и внесена
в список избранных статей номера.
«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.
Полученные результаты имеют общий характер и могут полезны при изучении других
магнитных материалов, обладающих сложными антиферромагнитными структурами», ‒‒ пояснил ученый.
Магнитные или электрические свойства вещества возникают благодаря его составу
и структуре – расположению атомов в кристаллической решетке. Магнитным упорядочением
называется явление, при котором магнитные моменты атомов в веществе выстраиваются определенным
образом спонтанно, то есть без воздействия внешнего магнитного поля. Если направление при этом
одинаково, то упорядочение называется ферромагнитным. Такой вариант считается наиболее простым,
однако существуют и более сложные типы: при антипараллельной
ориентации (магнитные моменты соседних атомов направлены противоположно)
возникает антиферромагнитное упорядочение, а при разнонаправленной – так называемые
неколлинеарные магнитные структуры. При электрическом упорядочении в кристалле без воздействия
внешнего поля может возникать спонтанная поляризация – смещение электрических зарядов.
Это характерно для сегнетоэлектриков, свойства которых определяются симметрией кристалла,
которая, в свою очередь, зависит от внешних условий, в частности от температуры.
В последнее время в мире проявляется большой интерес к новым материалам – мультиферроикам.
В них магнитное и электрическое упорядочение существуют одновременно и оказывают сильное
влияние друг на друга. Физики находят все больше таких материалов и, изучая их, наблюдают
ранее неизвестные явления. Основная сложность при изучении этих веществ состоит в том,
что взаимосвязь электрической поляризации с различными магнитными структурами имеет, как правило,
достаточно сложный характер и требует проведения технически сложных и дорогостоящих исследований
в сильных магнитных полях. Эти условия могут обеспечить только масштабные установки
класса mega-science (ускорители, ядерные реакторы и коллайдеры заряженных частиц, мощные лазеры,
вычислительные комплексы и т. д.).
Ученые из Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН совместно с российскими и зарубежными
коллегами изучили свойства монокристалла мультиферроика Mn0.8Co0.2WO4 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. При замене двадцати процентов марганца на кобальт
в составе мультиферроика MnWO4 мы получили сложную антиферромагнитную коническую структуру вместо
обычной плоской», — рассказал ведущий научный сотрудник Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН,
кандидат физико-математических наук Александр Мухин.
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,
описывающие 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.
Материалы с такими свойствами перспективны для разработки устройств спинтроники
(электроники нового поколения), например, суперкомпьютеров. Полученные результаты можно
использовать для отработки управления свойствами подобных материалов.
30/11/2018
Источники: https://www.gazeta.ru