PRL: Свет помог визуализировать магнитные домены квантовых антиферромагнитов

Визуализировать с помощью света магнитные области, или домены, в квантовом материале смогли учёные из университетов Осака Метрополитен и Токио. Они также научились управлять этими областями, используя электрическое поле.

Это исследование позволяет лучше понять поведение магнитных материалов на квантовом уровне и может привести к новым технологическим достижениям.

Многие из нас знают, что магниты притягиваются к металлическим поверхностям. Но есть и такие, которые не притягиваются. Это антиферромагниты — они и стали интересны разработчикам технологий по всему миру.

В антиферромагнитах магнитные силы направлены в противоположные стороны, поэтому эти материалы не имеют магнитных полюсов и ведут себя не так, как обычные ферромагниты.

Антиферромагнитные материалы, особенно с квазиодномерными квантовыми свойствами, рассматриваются как основа для создания электроники и устройств памяти нового поколения. Однако эти материалы сложны для изучения, и одна из их особенностей — отсутствие притяжения к металлическим поверхностям.

Кента Кимура, доцент Университета Осака Метрополитен и ведущий автор исследования, рассказал, что сложно было наблюдать магнитные домены в некоторых материалах из-за их свойств.

Магнитные домены — это области внутри магнитных материалов, где атомы ориентированы одинаково. Границы между этими областями называются доменными стенками.

Исследовательская группа не смогла эффективно наблюдать за квазиодномерным квантовым антиферромагнитом BaCu₂Si₂O₇ обычными методами. Поэтому ученые применили невзаимный направленный дихроизм, который позволяет визуализировать магнитные домены. Оказалось, что противоположные домены сосуществуют в одном кристалле, а их стенки в основном выровнены вдоль определённых атомных цепочек.

Кимура сказал:

Видеть — значит верить. Понимание начинается с наблюдения.

Учёные смогли визуализировать магнитные домены квантовых антиферромагнитов с помощью простого оптического микроскопа. Они также показали, что эти доменные стенки можно перемещать с помощью электрического поля. При этом они сохраняли своё направление.

Оптическая микроскопия — быстрый и простой метод, который позволит в будущем визуализировать движущиеся доменные стенки в режиме реального времени.

Это исследование — большой шаг в изучении квантовых материалов и управлении ими. Оно открывает новые перспективы для технологий и исследований в физике. Результаты могут помочь создать новые квантовые устройства и материалы.

Наблюдая за квазиодномерными квантовыми антиферромагнитами, можно лучше понять влияние квантовых флуктуаций на формирование и перемещение магнитных доменов. Это поможет разработать новое поколение электроники с использованием антиферромагнитных материалов, — заключает Кимура.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

11.10.2024