Ученый НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Михаил Просников исследовал свойства монокристаллов титаната кобальта в сверхсильных магнитных полях. Работа опубликована в журнале Physical Review B и в перспективе может быть использована при разработке технологий связи нового поколения — 6G. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Сегодня физики активно ищут материалы для создания сверхмалых оптомагнитных устройств. Среди наиболее перспективных — антиферромагнетики, соединения на основе титана, кобальта или марганца. В их кристаллической решетке возникают колебания с терагерцовой частотой, что потенциально позволяет передавать данные с очень высокой скоростью.
Научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Михаил Просников совместно с коллегами из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе и лаборатории сильных магнитных полей HFML-FELIX (Университет Радбауда, Нидерланды) изучил антиферромагнетик — титанат кобальта (CoTiO₃). Основной задачей было исследовать взаимодействие различных типов колебаний в кристалле и зафиксировать так называемый эффект Зеемана в фононах.
Фононы — это квазичастицы, описывающие колебания атомов в кристаллической решетке. Обычно магнитное поле почти не влияет на них. Однако в некоторых случаях они могут взаимодействовать с другими возбуждениями и приобретать магнитные свойства.
«Мы использовали уникальные монокристаллы CoTiO₃, в которых сочетаются решеточная, спиновая и орбитальная динамика. Хорошо известно, что магнитное поле практически не оказывает на обычные фононы никакого влияния. Однако в некоторых возможно смешивание различных возбуждений, и тогда появляется магнитный момент. При приложении магнитного поля частота одного из фононов возрастает, а другого уменьшается. Это и есть эффект Зеемана», — объяснил научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Михаил Просников.
Эксперименты проводились в экстремальных условиях: кристалл охлаждали до 4,2 К (–268,9 °C) и помещали в магнитное поле до 30 тесла — это примерно в 600 тысяч раз сильнее магнитного поля Земли.
«Исследования в сверхсильных магнитных полях позволяют лучше понять физику системы в отсутствие любого внешнего магнитного поля. Мы экспериментально показали, что фононы интенсивно взаимодействуют со спин-орбитальными экситонами, и эта динамика оказалась значительно сложнее, чем считалось ранее», — добавил ученый.
Полученные результаты важны для фундаментальной физики, но также могут найти практическое применение. Управление взаимодействием различных возбуждений в таких материалах открывает путь к созданию новых элементов для передачи и хранения информации.
В дальнейшем исследователи планируют изучить поведение материала в более слабых магнитных полях. Уже сейчас в диапазоне около 1 тесла обнаружены аномалии, требующие дополнительного анализа. В перспективе это может приблизить создание технологий связи шестого поколения и квантовых систем обработки данных.
Ранее в России совершили прорыв в разработке систем связи 6G.