Физики с кафедры физики колебаний физического факультета МГУ сделали важное открытие: им удалось зафиксировать эффект Эйнштейна — де Гааза в микроэлектромеханических системах, созданных из уникальных материалов — ван-дер-ваальсовых магнетиков. Эти результаты уже опубликованы в Europhysics Letters, и находка заслуживает особого внимания. Разберёмся, что это за эффект и как его удалось обнаружить.
Что такое эффект Эйнштейна–де–Гааза и почему он важен?
Эффект Эйнштейна — де Гааза был открыт ещё в начале XX века и представляет собой взаимосвязь магнитных и механических моментов. В оригинальном эксперименте Эйнштейна и де Гааза изменение намагниченности образца приводило к его физическому вращению. Тогда учёные использовали массивный магнитный стержень и могли заметить едва заметное вращение магнита только с помощью самых чувствительных на тот момент приборов.
Но времена изменились! Благодаря новым материалам и технологиям учёные получили возможность исследовать этот эффект на совершенно ином уровне. Теперь вместо старого оборудования физики используют оптические системы XXI века и атомно-силовой микроскоп, где эффект фиксируется в колебаниях крошечного элемента — кантилевера.
Двумерные магнетики и их роль в этом открытии
Так как же в МГУ решили повторить столетний эксперимент в новом формате? Всё началось с удивительных ван-дер-ваальсовых магнетиков. Эти материалы были открыты совсем недавно — в 2016 году. В отличие от обычных магнитных веществ, они представляют собой тончайшие слои толщиной всего в несколько молекул, а их уникальные свойства позволили учёным по-новому взглянуть на природу магнетизма.
Чтобы зафиксировать эффект Эйнштейна — де Гааза в этих слоях, исследователи использовали тонкий кантилевер, изготовленный из антиферромагнетика ван-дер-ваальсового типа, и разместили его между графеновыми электродами. При подаче переменного напряжения на электроды возникает магнитоэлектрический эффект, который запускает колебания магнитного момента и, как следствие, вызывает вибрацию кантилевера.
Эффект Эйнштейна — де Гааза: как его используют в XXI веке?
В то время как в опыте Эйнштейна-де-Гааза использовались простые весы, исследователи из МГУ применили оптическую систему для обнаружения колебаний, аналог весов Кулона XXI века. Это позволило «увидеть» эффект Эйнштейна-де-Гааза в наномасштабе, где обычные методы были бы бессильны.
Профессор кафедры физики колебаний МГУ Александр Пятаков поясняет: «Подобный процесс можно сравнить с движением квадрокоптера, где для поворота нужно изменить скорость вращения винтов. В нашем случае изменение магнитных моментов слоёв антиферромагнетика вызывает движение кристалла, что и демонстрирует электроиндуцированный эффект Эйнштейна — де Гааза».
Перспективы: как это открытие можно использовать?
Практическое применение эффекта Эйнштейна-де-Гааза пока остаётся перспективой на будущее. Сейчас оценки его величины в известных ван-дер-ваальсовых магнитах скромные, но это может измениться. Если вместо линейного эффекта задействовать более резкий переход от антиферромагнитного к ферромагнитному состоянию, эффект может вырасти в тысячи раз! Тогда эффект Эйнштейна-де-Гааза сможет найти применение в микроэлектромеханических системах (MEMS), которые уже сегодня есть в каждом смартфоне и планшете, управляя такими функциями, как сенсоры и микродвигатели.
Это открытие показывает, что даже столетние идеи Эйнштейна могут раскрыться по-новому благодаря современным материалам и технологиям. Кто знает, может быть, в ближайшем будущем такие открытия станут основой для революционных технологий.
Если вы хотите узнать ещё больше о науке и её открытиях, которые меняют наш мир, оставайтесь с нами! Делитесь своими мыслями в комментариях — как вы думаете, какие ещё открытия скрываются в старых экспериментах, ожидая своей новой интерпретации?
Источники:
- Пресс-служба МГУ
- Журнал Europhysics Letters