Ученые из Техасского университета в Остине экспериментально подтвердили теорию магнитных фаз в атомарно тонких материалах. Они охладили однослойный кристалл NiPS₃ и зафиксировали смену двух состояний — от вихревых структур до упорядоченной фазы с шестью направлениями намагниченности.
Физики впервые воспроизвели полный цикл магнитных превращений в двумерном материале. Речь идет о трисульфиде никель-фосфора (NiPS₃) толщиной в один атом.
Теория предсказывала: при охлаждении такой материал проходит две фазы. Их наблюдали по отдельности, но полную последовательность никто не видел.
В эксперименте кристалл охладили до температур от –150 до –130 °C. Возникла фаза Березинского–Костерлица–Таулеса (BKT). В ней магнитные моменты атомов формируют пары связанных вихрей, закрученных в противоположные стороны. Диаметр каждого вихря — несколько нанометров.
При дальнейшем охлаждении материал перешел во вторую фазу. Ее называют упорядоченной фазой «часов» с шестью состояниями. Магнитные моменты принимают одну из шести ориентаций на плоскости — как цифры на циферблате. Эти состояния стабильны и долгоживущи.
Эффект подтвердили нелинейной оптической микрополяриметрией.
Работа доказывает фундаментальные модели двумерного магнетизма. В их основе — идеи советского физика Вадима Березинского. За развитие теории BKT-перехода в 2016 году дали Нобелевскую премию Костерлицу и Таулесу.
Практический смысл открытия: ученые научились создавать исключительно устойчивые наноразмерные магнитные вихри в чисто двумерной системе. Это способ управлять магнетизмом на атомном уровне.
В перспективе такие структуры можно использовать для записи информации. Если найти материалы, где подобные фазы возникают ближе к комнатной температуре, появятся сверхкомпактные магнитные накопители и новые технологии в спинтронике.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: University of Texas at Austin