Команда ученых из Нью-Йоркского университета обнаружила первый надежный пример магнита нового типа, который обещает повысить производительность технологий хранения данных.

Этот «синглетный» магнит отличается от обычных магнитов, в которых маленькие магнитные составляющие выравниваются друг с другом, создавая сильное магнитное поле. В отличие от этого, недавно открытый магнит на основе синглета имеет поля, которые появляются и исчезают, что приводит к нестабильной силе, но в то же время и к такому полю, которое потенциально обладает большей гибкостью, чем обычные магниты.

«Сейчас проводится много исследований по использованию магнитов и магнетизма для улучшения технологий хранения данных. Синглетные магниты должны иметь более быстрый переход между магнитной и немагнитной фазами, сократив количество усилий по переключению между немагнитным и сильно магнитным состояниями, что может быть полезным для энергопотребления и скорости компьютера», — объясняет Эндрю Рэй (Andrew Wray), доцент кафедры физики в Нью-Йоркском университете, который возглавлял исследовательскую группу. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Домен — макроскопическая область в магнитном кристалле, спины электронов в атомах которых повернуты в противоположную сторону спинам электронов в соседних доменах. Так, эти домены представляют собой единое целое, записывать информацию в спины электронов отдельных атомов невозможно, что и подталкивает исследователей к поиску иных, отличных от магнитных систем методов хранения информации.

В этом вопросе определенного успеха добилась группа исследователей из Нью-Йоркского университета. Экспериментируя с различными соединениями урана, висмута и сурьмы, ученые обнаружили, что они регулярно создавали связи с необычными магнитными и электрическими свойствами. Особенно физиков заинтересовал уран, так как его соединения известны своими сверхпроводящими свойствами. Используя рентгеновский спектроскоп, ученые выяснили, что комбинация сурьмы и урана проявляет необычные магнитные свойства, не обладая при этом доменами.

Идея о существовании подобного типа магнита восходит к 1960-м, когда впервые была высказана теория, которая резко контрастировала с тем, что давно было известно об обычных магнитах. Тогда специалисты заявили, что материал, в котором отсутствуют магнитные моменты, все еще может быть магнитом. Ученые отмечают, что это кажется невозможным, но тем не менее работает — из-за своего рода временного магнитного момента, называемого «спиновым экситоном», который может возникать, когда электроны сталкиваются друг с другом при правильных условиях.

«Один спиновый экситон имеет тенденцию исчезать в короткие сроки, но когда их много, теория предполагает, что они могут стабилизировать друг друга и катализировать появление еще большего количества спиновых экситонов в виде каскада», — объясняет Рэй.

В соответствии с этой идеей, электроны могут быть распределены внутри некоторых материалов таким образом, что их столкновения повлекут за собой создание особых зон, где спины частиц будут направлены только вверх или вниз. В отличие от классических доменов, каждый из электронов здесь независим, поэтому ученые подчеркивают крайнюю нестабильность такого магнита.

Используя рассеяние нейтронов, рентгеновское рассеяние и теоретическое моделирование, исследователи установили связь между поведением более надежного магнита USb2 и теоретическими характеристиками магнитов на синглетной основе. Ученые надеются, что их открытие поможет при повышении скорости работы магнитных носителей информации.