В кристалле впервые обнаружили необычный спиральный магнетизм

Ученые проанализировали свойства нового кристалла с необычной структурой и показали, что у него наблюдается экзотическая форма магнетизма, которая связана с не менее экзотическим типом электронных взаимодействий.
В кристалле впервые обнаружили необычный спиральный магнетизм
Unsplash

Исследуя полуметаллический кристалл, физики пришли к выводу, что у него наблюдается необычная форма магнетизма, представляющая собой «спиновые спирали» вокруг магнитных атомов

Недавно изобретенный материал обладает необычной структурой, которая способна проводить электричество, но заставляет текущие электроны вести себя как безмассовые частицы. В результате магнетизм материала оказывается связан с направлением движения этих частиц. В других материалах такие электроны Вейля вызвали новое поведение, связанное с электропроводностью.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В новой работе физики заметили, что такие электроны способствуют спонтанному образованию магнитной спирали. Устойчивость электронов проявляется в однородности направления их спинов. В большинстве материалов, проводящих электричество, таких как медная проволока, электроны, проходящие через материал, имеют спины, направленные произвольно. Иначе обстоит дело в полуметаллах, нарушенная симметрия которых превращает текущие электроны в электроны Вейля, чьи спины ориентированы либо в направлении движения электрона, либо в прямо противоположном.

Именно эта привязка спинов частиц к направлению их движения и обусловливает редкое магнитное поведение полуметаллического соединения NdAlSi, которое исследовали авторы работы. Все три типа атомов в этом материале проводят электричество, создавая «ступеньки» для электронов при перепрыгивании от одного атома к другому. Однако только атомы неодима (Nd) магнетны. Они восприимчивы к влиянию электронов Вейля, которые изменяют спины атомов Nd. Посмотрите вдоль любого ряда атомов неодима, который тянется по диагонали через полуметаллический кристалл, и вы увидите то, что исследовательская группа называет «спиновой спиралью».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Каждая петля спирали, которую обнаружили авторы, имеет длину около 150 нанометров, а сама спираль появляется только при температурах ниже 7 К. По словам исследователей, существуют материалы с аналогичными физическими свойствами, которые функционируют при комнатной температуре, и они могут быть использованы для создания эффективных магнитных запоминающих устройств.