Учёные из Брукхейвена обнаружили новую магнитную фазу с потенциалом для охлаждения и хранения данных

Исследование, проведённое Вэйго Инем и Алексеем Цвеликом, было опубликовано в журнале Physical Review Letters 31 декабря 2024 года. Учёные обнаружили новую конфигурацию электронных спинов - частично упорядоченных («холодных») и частично неупорядоченных («горячих»), которые сосуществуют в одномерной модели ферримагнетика.

Новая фаза «наполовину лёд, наполовину огонь» является «зеркальной» по отношению к ранее открытой фазе «наполовину огонь, наполовину лёд». В обеих фазах сочетаются противоположные типы поведения спинов, но в новой фазе эти роли меняются местами.

Ключевое значение открытия заключается в способности материала резко переключаться между фазами в пределах очень узкого температурного диапазона. По словам Иня: «Поиск новых состояний с экзотическими физическими свойствами и возможность управлять переходами между этими состояниями являются центральными задачами в физике конденсированного состояния и науке о материалах».

В ферримагнитных материалах, таких как Sr₃CuIrO₆, содержащих стронций, медь, иридий и кислород, ранее было показано, что спины на медных атомах становятся неупорядоченными, а на иридиевых - упорядоченными при определённом внешнем магнитном поле. Новая фаза показывает противоположное поведение, что даёт основание полагать, что фазовые переходы можно точно контролировать.

По мнению авторов, столь резкое температурное переключение может быть полезным на практике. В частности, они рассматривают возможность применения эффекта в магнито-калорическом охлаждении, где большой скачок магнитной энтропии используется для создания охлаждающего цикла. Также это может стать основой для новых квантовых технологий хранения информации, в которых фазы играют роль битов данных.

«Мы считаем, что наше открытие может открыть новую дверь к пониманию и контролю фаз и фазовых переходов в определённых материалах», - сказал Цвелик.

В дальнейшем Инь и Цвелик планируют изучить феномен «огня и льда» в системах с квантовыми спинами, а также с дополнительными степенями свободы - кристаллической решёткой, зарядом и орбитальным моментом.

Исследование финансировалось Управлением науки Министерства энергетики США.