Структура расположения атомов в кристалле, называемая кристаллической решеткой, может оказать огромное влияние на свойства твердых материалов. Управление и использование этих свойств является проблемой, которая обещает вознаграждение в таких приложениях, как новые датчики и новые твердотельные устройства. Международное научное сотрудничество, в том числе исследователи из Университета Осаки, сообщило об индукции интересного типа магнитного порядка, называемого гелимагнетизмом, в материале из оксида кобальта путем расширения его структуры решетки. Их результаты были опубликованы в материалах физического обзора.

Рисунок: Схематическое изображение гелиомагнитно-ферромагнитного перехода, вызванного расширением / сжатием решетки в кубическом перовските Sr1-xBaxCoO3. Фото: С. Ишивата и Х. Сакаи

Магнитное поведение проистекает из порядка магнитных моментов многих отдельных атомов в материале. В гелимагнетизме вместо выравнивания магнитных моментов – как в постоянных магнитах, создающих ферромагнетизм – моменты располагаются по спиральной схеме. Такое поведение обычно наблюдается только в сложных решетчатых структурах, где различные типы магнитных взаимодействий конкурируют друг с другом, поэтому сообщение об индуцированном гелимагнетизме в простой кубической структуре оксида кобальта является весьма значительным.

«Мы продемонстрировали эмерджентный спиральный порядок вращения в кубическом материале типа перовскита, который мы достигли, просто увеличив размер решетки», – говорит первый автор исследования Хидеаки Сакаи. «Мы смогли контролировать размер расширения решетки, используя технику высокого давления для выращивания серии монокристаллов с определенным химическим составом. Изменение количества различных ионов в наших материалах предоставило нам достаточный контроль для исследования магнитных свойств ».

Систематическая замена ионов стронция в структуре более крупными ионами бария заставляла решетку непрерывно расширяться до тех пор, пока регулярный ферромагнитный магнитный порядок, присутствующий при комнатной температуре, не был нарушен, что привело к гелимагнетизму. Эти экспериментальные результаты были успешно подтверждены расчетами.

«Тот факт, что мы смогли в значительной степени воспроизвести наши результаты с помощью расчетов по первым принципам, подтверждает, что магнитные взаимодействия в материалах очень чувствительны к постоянной решетки», – говорит Сакаи. «Чем больше мы можем понять о магнитном поведении кристаллических материалов, тем ближе мы подходим к переводу их свойств в полезные функции. Мы надеемся, что наши результаты проложат путь для новых применений датчиков ».

Управление магнитным порядком простым изменением химического состава решетки, как продемонстрировано в этом исследовании, обеспечивает основу для исследования свойств многих других кристаллических материалов.

По материалам phys.org