Исследователи Сколтеха и их коллеги из Королевского технологического института (KTH) и Уппсальского университета (Швеция) предсказали наличие у определенного класса магнитных кристаллов антихирального ферромагнетизма – необычного свойства, которое может дать старт исследованиям целого ряда новых эффектов, связанных с магнетизмом.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.
Хиральность (от др.-греч. χειρ – «рука») – фундаментальное свойство объектов во многих областях физики, математики, химии и биологии. Именно рука человека является наиболее наглядным примером хирального объекта, у которого отсутствует симметрия относительно правой или левой стороны, а его отражение в зеркале отличается от самого объекта. Примерами ахиральных объектов являются круг или квадрат.
Понятие хиральности может применяться и к более сложным объектам. Например, в магнитной системе из-за конкурирующих внутренних взаимодействий могут появляться периодические магнитные текстуры, отличные от их зеркальных отражений. Такой феномен называют хиральным ферромагнитным упорядочением. Считается, что хиральные кристаллы имеют широкие перспективы использования в магнитных устройствах хранения и обработки данных за счет кодирования информации посредством таких нетривиальных магнитных текстур.
Научный сотрудник Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) Анастасия Первишко и ее коллеги на основе симметрийного анализа и численных расчетов предсказали наличие у определенного класса кристаллов антихирального ферромагнетизма, который проявляется в виде магнитного упорядочения с хиральностью, чередующейся в пространстве.
«Мы предсказали наличие у тетраэдрических ферромагнетиков принципиально иного по сравнению с хиральными и ахиральными текстурами типа магнитного упорядочения. Поэтому мы не случайно используем термин «антихиральность», чтобы подчеркнуть наличие спонтанной модуляции вектора намагниченности с пространственно чередующейся правой и левой хиральностью, что обусловлено симметрией кристалла», – рассказывает Анастасия Первишко.
Как объяснила Анастасия, в периодичной магнитной текстуре происходит чередование типов хиральности, при этом среднее значение инварианта кручения остается равным нулю. «В данном случае мы наблюдаем картину магнитной модуляции, при которой одна ее часть – правосторонняя, а другая – левосторонняя; в этом и заключается принципиальное отличие от обычных хиральных текстур, где тип хиральности остается неизменным», – добавляет Первишко.
Ученые показали, что антихиральный ферромагнетизм можно наблюдать у кристаллов с симметрией, естественной при формировании минералов. Так, они исследовали магнитное упорядочение в структуре с тетраэдральной симметрией кристалла, где в ходе микромагнитного анализа получили новое антихиральное упорядочение.
«Благодаря наличию этого необычного магнитного упорядочения можно исследовать разнообразные магнитные явления, такие как магнитные домены и скирмионы, принципиально отличающиеся от хиральных текстур. Полученные нами результаты открывают путь для проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований этого класса магнитных материалов», – отмечает в заключение Анастасия Первишко.
Исследование выполнялось при поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-60020 и стипендии Президента РФ.
*****
Сколтех – негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: наука о данных и искусственный интеллект, науки о жизни и здоровье, современные методы проектирования и перспективные материалы, энергоэффективность, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях.
