Нейтроны помогли решить загадку магнетизма йодида железа
40 лет назад ученые открыли в йодиде железа необычный тип магнетизма. Только теперь физики смогли понять, чем он обусловлен
В обычных магнитах, таких как те, что висят на двери холодильника, спины электронов направлены в одну сторону. Но в более сложных материалах, таких как иодид железа, спины расположены в виде треугольной сетки, в которой три магнитных момента конфликтуют, из-за чего результирующий момент постоянно меняется. Такой вид магнетизма ученые назвали «расстроенным».
Йодид железа (II) FeI2 был открыт в 1929 году, но только примерно в 1970-х у него обнаружили «расстроенный» магнетизм. Тогда физики пытались объяснить это явление, используя теоретические знания, но у них не хватало инструментов, чтобы более подробно исследовать этот материал. Такие установки появились сегодня, и благодаря им ученые теперь знают, почему спины электронов в FeI2 ведут себя именно так, а не иначе.
Когда авторы исследования облучали йодид железа пучком нейтронов, то ожидали увидеть в одной из областей полученного спектра одно возбуждение, связанное с магнитным моментом от конкретного электрона. Вместо этого авторы обнаружили не одну, а две различные квантовые флуктуации, возникающие одновременно. Чтобы выяснить, почему так происходит, физикам пришлось построить математическую модель и провести еще несколько экспериментов на источниках нейтронов.
В результате оказалось, что такая экзотическая флуктуация возникает, когда направление спинов двух электронов меняется, а их магнитные моменты оказываются направлены противоположно друг другу. Когда нейтроны взаимодействуют со спинами электронов, они синхронно вращаются в определенном направлении в пространстве. Из-за рассеяния нейтронов на атомах возникает спиновая волна, из-за которой в спектре и появляется дополнительный сигнал. Исследователи надеются, что полученные результаты удастся использовать для создания квантовых устройств нового поколения.
Статья об открытии опубликована в журнале Nature Physics.
