Открыт материал с удивительными физическими свойствами

Обычно какой-либо материал может быть поляризован магнетически или электрически, но не то и другое сразу. Однако ученые из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете изучили вещество, которое может быть поляризовано магнетически и электрически одновременно. Его свойства открывают новые возможности для создания приборов нового поколения – например, чувствительных элементов (датчиков). Результаты исследования были опубликованы в научном журнале «NatureMaterials».

Материалы, которые могут быть магнетически и электрически поляризованы и имеют дополнительные свойства, называются мультиферроиками. Они были открыты русскими учеными еще в 1960-х годах. Однако в то время не существовало технологии, которая позволяла бы тщательно изучить эти вещества. Лишь в последнее время исследователи снова обратили внимание на свойства таких материалов; сейчас они имеют в распоряжении оборудование для изучения мультиферроиков вплоть до атомарного уровня.

Удивительные результаты испытаний

Исследователи изучили редкое природное соединение железа TbFeO3, используя мощное нейтронное излучение в магнитном поле. Температура была снижена практически до уровня абсолютного нуля (-271° Цельсия). Они смогли определить, что атомы в веществе размещены в упорядоченной решетчатой структуре, которая состоит из рядов атомов тяжелого металла тербия, разделенных атомами железа и кислорода. 

«Такие решетки уже известны, а вот их магнитные домены достаточно новы. Обычно магнитные домены размещены беспорядочно, но в данном случае они располагаются по прямой, на равном расстоянии друг от друга», - отмечает Ким Лефман, доцент из Центра нанонауки при Копенгагенском университете. Результаты измерений оказались довольно необычными и удивительными, но именно такие открытия могут вызвать живой интерес у исследователей.

Научное объяснение с точки зрения физики

Эксперименты проводились в научно-исследовательском центре «Helmholtz-Zentrum» в Берлине при сотрудничестве с учеными из Голландии.

Исследователи стремились получить общее представление о материале при помощи вычислений и сейчас имеют более четкое понимание взаимосвязи между структурой материала и его физическими свойствами.

«Модели описывают то, как тербиевые стены взаимодействуют, обмениваясь спиновыми волнами, передающимися через магнитную железную решетку. В итоге мы получаем силу, которая напоминает силу Юкавы, известную из физики ядер и элементарных частиц. Материал демонстрирует в некотором смысле те же взаимодействующие силы, которые скрепляют частицы в атомных ядрах», - объясняет Элоиза Бордалло, доцент из Института Нильса Бора.

Именно это взаимодействие между переходным металлом, железом, и редким элементом, тербием, оказывает существенное влияние на строение этого магнито-электрического материала.

Спиновые волны тербия вызывают значительное увеличение электрической поляризации, а взаимосвязь между ионами элементов создает один из сильнейших магнито-электрических эффектов, когда-либо наблюдаемых в веществах.

«Благодаря полученным результатам мы нашли способ обнаруживать и разрабатывать новые мультиферроики», - подчеркивают члены исследовательской группы. Теперь лишь дальнейшие испытания помогут определить, какое применение найдут эти материалы с удивительными физическими свойствами.

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.spacedaily.com/reports/Discovery_of_material_with_amazing_properties_999.html