Исследователи из Антверпенского университета представили инновационную методику, которая впервые позволяет с беспрецедентной точностью идентифицировать источники магнетизма в материалах на уровне отдельных атомов. Результаты их работы, опубликованные в авторитетном журнале Physical Review Letters, имеют огромный потенциал для ускорения разработки передовых технологий в таких областях, как спинтроника, квантовые вычисления и создание энергоэффективной электроники нового поколения.
Как работает магнетизм?
В основе магнетизма лежат фундаментальные квантовые характеристики электронов — их спин и орбитальный угловой момент.
Обратите внимание: На квантовом уровне объекты могут иметь две температуры одновременно.
В магнитных материалах, таких как железо или никель, неспаренные электроны на внутренних d- и f-орбиталях создают микроскопические магнитные моменты. Однако долгое время оставалось не до конца понятным, как именно эти моменты взаимодействуют между собой, формируя сложные типы магнитного порядка, которые мы наблюдаем в макроскопическом мире.Новый метод SHIM
Учёные из исследовательской группы COMMIT разработали метод, названный непрерывной прыжковой упаковкой (Spin-Hopping Interaction Mapping, SHIM). Эта методика стала прорывом, поскольку позволяет впервые количественно оценить вклад каждого электрона в общее магнитное взаимодействие. Применив SHIM к двумерным материалам — трииодиду хрома (CrI₃) и дииодиду никеля (NiI₂), — физики смогли с атомарной точностью определить, какие именно атомы и электронные орбитали играют ключевую роль в формировании магнитных свойств.
«Теперь мы можем не просто констатировать наличие магнетизма, а точно указать, какие электронные пути и орбитали им управляют и каков их относительный вклад», — поясняет ведущий автор исследования Денис Шабани.
Перспективы для технологий
Метод SHIM предоставляет мощный инструмент для прогнозирования. С его помощью можно заранее определить, будет ли материал ферромагнитным, антиферромагнитным или обладать более сложной метамагнитной структурой. Кроме того, метод позволяет моделировать, как магнитные свойства будут меняться под воздействием внешних факторов: электрических полей, механических деформаций или при создании гетероструктур с другими материалами.
Руководитель проекта, профессор Милорад Милошевич, подчеркивает значимость открытия: «Это качественный скачок — от пассивного наблюдения за магнетизмом к его глубокому пониманию и, что самое важное, активному контролю. Мы переходим от описания явления к его проектированию».
Это открытие прокладывает путь к целенаправленному созданию материалов с заранее заданными магнитными характеристиками. Такие материалы станут основой для устройств будущего, включая высокопроизводительные квантовые процессоры и энергонезависимую память с ultra-low power consumption.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Физики из Университета Антверпена разработали революционный метод, позволяющий точно определять источники магнетизма в материалах на атомном уровне.