Текст уведомления здесь

Российские физики изучили потерю намагниченности при нагревании кристалла

Оказалось, все происходит в два этапа — короткий и сверхкороткий.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН и их коллеги из Японии и Европы впервые со сверхвысоким временным разрешением сумели рассмотреть процессы, происходящие при нагревании ферримагнитного кристалла и ведущие к потере его намагниченности. Статья Романа Писарева и его соавторов опубликована журнал Science Advances.

Из всех магнитных материалов лучше всего известны ферромагнетики, однако помимо них есть и более многочисленный класс ферримагнетиков. Их кристаллическая решетка состоит из «параллельных» подрешеток атомов или ионов разных типов — например, Fe2+ и Fe3+ или оксидов железа и иттрия. Магнитные моменты этих подрешеток не равны и, будучи ориентированными в противоположных направлениях, не «обнуляют» друг друга, придавая материалу спонтанную намагниченность.

При нагревании решетки ферримагнетика тепловое движение частиц усиливается, заставляя их колебаться относительно упорядоченного положения. Дальнейший приток энергии может заставить некоторые из их электронов условно «перекувыркнуться», поменяв магнитный момент (спин) на противоположный. Это приводит к снижению намагниченности материала вплоть до полной ее потери при достижении критической температуры — точки Кюри.

Многие детали термодинамики этого процесса остаются плохо понятными даже для такого широко используемого ферримагнетика, как иттрий-железный гранат (Y3Fe2(FeO4)3, или YIG). Между тем глубокое понимание данного явления важно для создания более эффективной и точной электроники, в том числе и для новых накопителей данных. Только сейчас большой команде ученых из России, Германии, Японии и Швеции удалось рассмотреть происходящее при нагревании YIG с высоким временным разрешением.

Энергию кристаллической решетке сообщали с помощью сверхкоротких импульсов терагерцового лазера, отслеживая изменения в намагниченности YIG с разрешением в пикосекунды (триллионные доли секунды). Обнаружилось, что снижение намагниченности при нагревании решетки развивается в двух масштабах времени: крайне коротком — в первую пикосекунду — и куда более протяженном — в течение следующих 100 наносекунд.

В начальные моменты дополнительная энергия заставляет атомы обоих типов менять направление спинов. Это ведет к одинаковому снижению противоположно направленных магнитных моментов ферримагнетика. Материал нагревается, но еще не теряет свою общую намагниченность. Однако это состояние неустойчиво, баланс наступает лишь на 100-наносекундной временной шкале, когда избыток энергии, накопленной разупорядоченными спинами, начинает без препятствий передаваться кристаллической решетке. В этот момент общая намагниченность падает.

В сообщении, распространенном Forschungsverbund Berlin, авторы называют обнаруженное промежуточное состояние новым состоянием материи, «спиновом сверхдавлении», энергия которого затем высвобождается в ходе более медленных процессов, ведущих к потере намагниченности.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы