Новое исследование показывает уникальные магнитные переходы в квазикристаллических структурах

Новое исследование показывает уникальные магнитные переходы в квазикристаллических структурах

Квазикристаллы являются одной из наиболее своеобразных структур в природе. Благодаря своим характеристикам, которые делают их кристаллоподобными, но в то же время очень отчетливыми, они привлекают внимание ученых с тех пор, как их впервые наблюдали.

В прорывном исследовании группа ученых в Японии показала уникальные магнитные переходы в структурах, похожих на квазикристаллы. Это огромное достижение в области материаловедения, поскольку оно открывает двери для достижений в области квазикристаллических исследований и различных потенциальных применений.

В мире материаловедения многие слышали о кристаллах, высокоупорядоченных структурах, в которых атомы расположены строго и периодически (в которых атомное расположение повторяется). Но мало кто знает о квазикристаллах, которые представляют собой уникальные структуры со странным расположением атомов. Как и кристаллы, квазикристаллы также плотно расположены, но их отличает тот факт, что они обладают беспрецедентной пятиугольной симметрией, так что расположение атомов высоко упорядочено, но не периодически. Эта отличительная особенность дает им уникальные свойства, такие как высокая стабильность, устойчивость к нагреванию и низкое трение. Со времени их открытия всего около 30 лет назад ученые всего мира пытались понять свойства квазикристаллов, стремясь добиться большего прогресса в исследованиях материалов. Но это не легко, поскольку квазикристаллы не распространены в природе. К счастью, им удалось использовать структуры, подобные квазикристаллам, называемые «аппроксимациями типа Цая». Детальное понимание этих структур может дать представление о многих свойствах квазикристаллов. Одним из таких свойств является антиферромагнетизм, в котором магнитные моменты выровнены в квазипериодическом порядке, разительно отличающиеся от обычных антиферромагнетиков. До сих пор это свойство никогда не наблюдалось в квазикристаллах, но эта возможность была захватывающей для материаловедов, поскольку она могла стать воротами для множества новых приложений.

В новом исследовании, опубликованном в Physical Review B: Rapid Communications, группа ученых из Токийского университета науки под руководством профессора Рюдзи Тамура впервые обнаружила, что тип аппроксимации типа Цая обладает антиферромагнитным переходом. Это было захватывающее открытие, так как предполагало, что даже квазикристаллы могут показать такой переход. Ученые уже знали, что аппроксимации типа Цай имеют два разных варианта: аппроксимации 1/1 и 2/1. Основное различие между ними состоит в том, что 2/1-аппроксиманты содержат в своей структуре дополнительную ромбоэдрическую единицу, которая отсутствует в типе 1/1, что делает их еще более высокоупорядоченными и ближе к структуре квазикристаллов. И именно поэтому ученые хотели увидеть условия, в которых 2/1 аппроксиманты могут демонстрировать антиферромагнетизм; это создало возможность увидеть это новое свойство даже в квазикристаллах. Проф. Тамура говорит, «Антиферромагнитные переходы наблюдались в 1/1 приближении, но мы впервые наблюдали его в приближении 2/1. Это интересно, потому что, в отличие от приближения 1/1, приближение 2/1 содержит все компоненты, необходимые для построения квазикристалла. "

Для более детального изучения магнитных свойств в 2/1 аппроксимантах ученые синтезировали металлические сплавы с кристаллической структурой, которые содержали аппроксимации 1/1 и 2/1. Используя устройство, называемое сверхпроводящим квантовым интерференционным устройством (SQUID), они изучили условия, при которых аппроксиманты проявляли различные магнитные свойства. Интересно, что они обнаружили, что один параметр диктует наличие антиферромагнетизма в обоих типах аппроксимантов. Это было соотношение электронов на атом, которое немного различалось в двух типах. Управляя отношением электронов на атом, профессор Тамура и его команда увидели «переход» в антиферромагнитное состояние в обоих типах приближений. Это свойство было замечено в типе 1/1 раньше, но никогда в приближении 2/1. Это было захватывающее развитие, поскольку высокоупорядоченная структура аппроксимации 2/1 означала, что она может быть использована для генерации квазикристаллов, что делает это самое первое исследование, показывающее возможность антиферромагнитных квазикристаллов. Развивая свои выводы, профессор Тамура говорит, : «Нам впервые удалось наблюдать антиферромагнитные переходы в приближениях AFM 1/1 и 2/1 в одной и той же системе сплавов». Он добавляет, «Наши открытия ясно показывают, что антиферромагнитный порядок сохраняется в приближении высшего порядка 2/1, в котором есть все строительные блоки для создания квазикристалла».

Значение квазикристаллов, таких как обычные применения, такие как изготовление сковородок и игл для акупунктуры и хирургии, хорошо известно. Но, учитывая их недавнее открытие, мало что известно о том, что делает их такими уникальными. Показав существование антиферромагнетизма в квазикристаллической структуре, профессор Тамура и его команда потенциально проложили путь к более значительным достижениям в исследованиях квазикристаллов. Проф. Тамура в заключение говорит: «Антиферромагнитные квазикристаллы никогда не были замечены ранее, и это открытие имеет большое академическое влияние». Он добавляет: «Возможность существования антиферромагнитных квазикристаллов – большой шаг к разгадке тайны квазикристаллов».

Источник: https://www.tus.ac.jp/en/

Source link