Получен новый магнитный материал с заданной структурой и необычными свойствами
Весьма перспективное направление сегодняшней физики – создание магнитоактивных материалов. В ряде случаев инновационные магнитные материалы могут заменить привычные нам электронные компоненты. Российские учёные из Московского государственного университета в сотрудничестве с американскими, немецкими и эстонскими специалистами создали один из таких магнитных материалов; он может использоваться и для собственно научных, и для практических целей. Работа была отражена в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Магнитные материалы уже сегодня используются в технике; простейшим примером служит жёсткий диск компьютера. Магнитные соединения со сложной структурой будут способны запоминать существенно больше информации, а скорость их работы повысится. Ещё одно необычное направление – создание магнетокалорических материалов, которые можно нагревать и охлаждать с помощью изменения внешнего магнитного поля.
Специалист Московского государственного университета Андрей Шевельков создал исследовательскую группу, которая занимается синтезированием неорганических материалов со сложной структурой. При этом учёные стараются изучить зависимость свойств таких магнитных материалов от их структуры. Одна из задач, которую они поставили себе, заключается в поиске таких материалов, кристаллическая решётка которых имеет блочное строение.
Магнитоактивные атомы в такой решётке должны иметь различное окружение. И в зависимости от характера окружения магнитные свойства на данном участке материала будут отличаться от свойств других участков. Так можно получить материал со сложной магнитной структурой, который за счёт этого будет проявлять невиданные свойства. Получение блочных структур становится возможным при использовании особого метода синтеза – кристаллографического срастания. Блоки, имеющие разную структуру, связываются между собой особым образом и чередуются в установленном порядке.
Такие вещества создаются путём совмещения очень тонких слоёв различных материалов. Каждый слой имеет толщину всего в несколько атомов. В результате даже на наименьшем участке полученного материала имеется блок, состоящий из частей с различной структурой, расположенных друг над другом.
Структура материала
Учёные из МГУ для создания своих материалов использовали несколько простых веществ в виде порошков – железо, мышьяк, фосфор, германий. Изучение полученных материалов показало, что все они относятся к группе антиферромагнетиков: в таких соединениях магнитные моменты соседних атомов компенсируют друг друга, из-за чего намагниченность всего материала близка к нулю. В обычных ферромагнетиках, как известно, наблюдается сильная собственная намагниченность – таково обыкновенное железо. Однако синтезированные вещества ведут себя не совсем так, как стандартные антиферромагнетики. Температура перехода их в антиферромагнетическое состояние оказалась ниже, чем у других веществ этой же группы; кроме того, при очень низких температурах с дальнейшим уменьшением температуры начинает расти намагниченность этих материалов, что тоже противоречит поведению привычных антиферромагнетиков. Слоистая структура полученных веществ определила более сложный набор эффектов, чем структура обычного однородного материала (в том числе магнитного). Это, так сказать, своеобразные магнитные композиты.
С точки зрения неподготовленного наблюдателя, такие материалы одновременно являются «магнитами» и не являются ими. Более подготовленный наблюдатель может отметить, что магнитными свойствами этих соединений можно достаточно легко управлять. А это может стать основой для принципиально новых приборов – например, датчиков.