Переосмысление магнетизма

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили прорыв в области магнетизма: Топология может стабилизировать магнитное упорядочение при более высоких температурах

В своем новаторском исследовании ученые Массачусетского технологического института бросили вызов общепринятым представлениям, продемонстрировав, что топология может стабилизировать магнитное упорядочение при температурах, значительно превышающих температуру магнитного перехода. Это открытие имеет существенное значение для разработки магнитных устройств и открывает новые возможности для использования топологических материалов в различных приложениях.

В течение многих лет ученые были разочарованы тем, что материалы, обладающие магнитными свойствами, проявляют их только при охлаждении на несколько градусов выше абсолютного нуля. Это ограничение мешало прогрессу в понимании взаимосвязи между расположением электронов, или топологией, и магнетизмом в полуметаллах.

Исследовательская группа под руководством Мингды Ли (Mingda Li), доцента кафедры ядерных наук и инженерии Массачусетского технологического института, поставила перед собой задачу изучить, как топологические структуры, известные как узлы Вейля, могут усиливать магнетизм в конкретном полуметалле CeAlGe. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Communications.

Для объяснения этого явления используется аналогия с рекой, заполненной бревнами, представляющими собой магнитные моменты материала. Для возникновения магнетизма необходимо, чтобы все бревна были направлены в одну сторону или имели определенный рисунок. Однако при высоких температурах магнитные моменты ориентированы в разных направлениях, подобно бревнам, разбросанным по реке, что приводит к разрушению магнетизма.

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что, изменяя свойства самой воды, а не бревен, они могут изменять характер взаимодействия магнитных моментов друг с другом, что позволяет стабилизировать магнетизм при высоких температурах. Это открытие показывает, что топология играет решающую роль в усилении магнетизма, и дает общий метод повышения рабочей температуры топологических материалов.

Последствия этого открытия весьма обширны. Топологические материалы уже используются в создании датчиков и гироскопов, но данное исследование расширяет возможности их применения. От микроэлектроники до термоэлектрических и каталитических устройств — топологические материалы открывают широкий спектр возможностей. Повышая рабочую температуру этих материалов, исследование Массачусетского технологического института открывает новые пути для инноваций и прогресса.

Эксперты в этой области поражены полученными результатами. Линда Йе (Linda Ye), доцент кафедры физики Калифорнийского технологического института, называет полученные результаты "весьма удивительными и контринтуитивными" и подчеркивает их значительное влияние на будущие исследования топологических материалов.