В отличие от обычных кристаллов, где атомы выстроены в повторяющийся узор, здесь порядок есть, но он не периодический. Из-за такой «квазипериодичности» у них появляется симметрия, невозможная в традиционных кристаллах. С момента их открытия, удостоенного Нобелевской премии, ученые пытались разгадать их магнитные свойства и применить их в спинтронике и магнитном охлаждении.

Результаты опубликованы в издании Nature Physics.

Недавно в золото-галлий-редкоземельных икосаэдрических квазикристаллах (иКК) обнаружили ферромагнетизм. Это не стало сюрпризом — для него не нужна периодичность структуры. А вот с антиферромагнетизмом, другим типом магнитного порядка, все сложнее: он сильно зависит от симметрии кристалла.

Теоретики давно предполагали, что антиферромагнетизм возможен в некоторых квазикристаллах, но до сих пор его не наблюдали. Большинство магнитных иКК вели себя как спиновые стекла — без дальнего магнитного порядка. Ученые даже задумались: а совместим ли антиферромагнетизм с квазипериодичностью?

Теперь ответ найден.

Группа исследователей под руководством Рюдзи Тамуры из Токийского университета науки обнаружила антиферромагнетизм в реальном квазикристалле.

Вместе с коллегами из Японии и Австралии они изучили новый золото-индий-европийский иКК.

Измерения магнитной восприимчивости показали резкий скачок при 6,5 Кельвинах — признак антиферромагнитного перехода. Теплоемкость тоже подтвердила этот эффект. Затем ученые провели нейтронную дифракцию и увидели дополнительные магнитные пики при 3 К, которые резко усиливались при 6,5 К. Это первое прямое доказательство дальнего антиферромагнитного порядка в квазикристалле.

Почему именно этот материал? Оказалось, у него положительная температура Кюри-Вейсса, в отличие от других иКК. Если немного увеличить число электронов на атом, антиферромагнетизм исчезает, и материал превращается в спиновое стекло. Значит, управляя электронной плотностью, можно создавать новые антиферромагнитные квазикристаллы.

Это открытие закрывает многолетний спор о возможности антиферромагнетизма в квазикристаллах, — говорит Тамура.

Они могут привести к прорыву в спинтронике и магнитном охлаждении.

Исследование соответствует целям ООН в области устойчивого развития: доступная энергия (SDG 7) и инновации (SDG 9). Теперь ученые смогут искать новые материалы и изучать их уникальные свойства.

Это открытие важно по трем причинам:

• Фундаментальная наука: подтверждает, что антиферромагнетизм возможен в непериодических структурах, расширяя понимание магнетизма.
• Материаловедение: дает инструмент для создания новых материалов, управляя электронной плотностью.
• Технологии: антиферромагнетики перспективны для энергоэффективной электроники, так как не создают паразитных магнитных полей.

Ранее ученые собрали квазикристалл из наночастиц и ДНК.