Необычное свойство кристаллов открывает возможности для исследования новых магнитных явлений

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B. Хиральность (от др.-греч. χειρ – «рука») – фундаментальное свойство объектов во многих областях физики, математики, химии и биологии. Именно рука человека — наиболее наглядный пример хирального объекта, у которого отсутствует симметрия относительно правой или левой стороны, а его отражение в зеркале отличается от самого объекта. Примеры ахиральных объектов — круг или квадрат.

Понятие хиральности может применяться и к более сложным объектам. Например, в магнитной системе из-за конкурирующих внутренних взаимодействий могут появляться периодические магнитные текстуры, отличные от их зеркальных отражений. Такой феномен называют хиральным ферромагнитным упорядочением. Считается, что хиральные кристаллы имеют широкие перспективы использования в магнитных устройствах хранения и обработки данных за счет кодирования информации посредством таких нетривиальных магнитных текстур.

Научный сотрудник Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) Анастасия Первишко и ее коллеги на основе симметрийного анализа и численных расчетов предсказали наличие у определенного класса кристаллов антихирального ферромагнетизма, который проявляется в виде магнитного упорядочения с хиральностью, чередующейся в пространстве.

«Мы предсказали наличие у тетраэдрических ферромагнетиков принципиально иного по сравнению с хиральными и ахиральными текстурами типа магнитного упорядочения. Поэтому мы не случайно используем термин «антихиральность», чтобы подчеркнуть наличие спонтанной модуляции вектора намагниченности с пространственно чередующейся правой и левой хиральностью, что обусловлено симметрией кристалла», – рассказывает Анастасия Первишко.

Как объяснила Анастасия, в периодичной магнитной текстуре происходит чередование типов хиральности, при этом среднее значение инварианта кручения остается равным нулю. «В данном случае мы наблюдаем картину магнитной модуляции, при которой одна ее часть – правосторонняя, а другая – левосторонняя; в этом и заключается принципиальное отличие от обычных хиральных текстур, где тип хиральности остается неизменным», – добавляет Первишко.

Ученые показали, что антихиральный ферромагнетизм можно наблюдать у кристаллов с симметрией, естественной при формировании минералов. Так, они исследовали магнитное упорядочение в структуре с тетраэдральной симметрией кристалла, где в ходе микромагнитного анализа получили новое антихиральное упорядочение.

«Благодаря наличию этого необычного магнитного упорядочения можно исследовать разнообразные магнитные явления, такие как магнитные домены и скирмионы, принципиально отличающиеся от хиральных текстур. Полученные нами результаты открывают путь для проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований этого класса магнитных материалов», – отмечает в заключение Анастасия Первишко. Исследование выполнялось при поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-32-60020 и стипендии Президента РФ.

Сколтех

245 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше