Кобальт может заменить редкоземельные элементы: ученые выявили необычные свойства

Международная группа физиков под руководством специалистов из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца обнаружила в кобальте свойства, которые могут сделать его перспективной альтернативой редкоземельным элементам в ряде высокотехнологичных применений. Исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрывает ранее неизвестные аспекты электронной структуры этого металла.

Традиционно кобальт известен как ферромагнетик, способный сохранять магнитные свойства. Однако новая работа показала, что его электронная структура обладает более сложной организацией. С помощью спин-разрешенной спектроскопии ученые выявили в кристалле кобальта сеть непрерывных узловых линий. Эти линии представляют собой области, где электронные зоны пересекаются особым образом.

Ключевым открытием стало то, что электроны вблизи этих узловых линий ведут себя подобно безмассовым частицам, что позволяет им перемещаться с высокой скоростью. Эта особенность, ранее не наблюдавшаяся в обычных ферромагнитных металлах, сохраняется при комнатных температурах.

Более того, узловые линии в кобальте являются спин-поляризованными. Направление намагниченности материала, регулируемое внешним магнитным полем, позволяет управлять этой спиновой поляризацией. Исследователи продемонстрировали, что изменение направления магнитного поля может открывать энергетическую щель в местах пересечения зон или полностью контролировать спиновую текстуру узловых линий, сохраняя их уникальные свойства.

Эти результаты открывают перспективы использования кобальта в качестве регулируемой платформы для будущих информационных технологий, в частности, для устройств спинтроники. В таких устройствах информация кодируется не зарядом, а спином электронов, что обещает более быстрые и энергоэффективные вычисления. Открытие новых свойств кобальта особенно ценно, учитывая редкость и сложность контроля магнитных узловых материалов.