В слое толщиной атом обнаружили магнитные торнадо — размером несколько нанометров. Физики ждали этого полвека
NewsMakerОхладили кристалл до -150°C — доказали теорию из 1970-х.
Когда кристалл истончают до слоя толщиной в один атом, привычные свойства материала начинают меняться самым неожиданным образом. Физики из Техасского университета в Остине показали , что в таком предельно тонком магните может возникать целая цепочка редких магнитных состояний, которую десятилетиями описывали теоретики. Их работу можно считать первым экспериментом, где эту последовательность удалось проследить полностью, от одной фазы к другой, в рамках одной и той же двумерной системы.
Исследователи работали с ультратонким слоем никель-фосфор-трисульфида, NiPS3. Материал постепенно охлаждали почти до абсолютного нуля и следили за тем, как меняется поведение магнитных моментов атомов, то есть микроскопических магнитных стрелок, задающих локальное направление намагниченности.
При температуре примерно от -150 до -130 °C слой вошёл в особое состояние, известное как фаза Березинского-Костерлица-Таулеса, или BKT-фаза. В этом режиме магнитные моменты образуют вихревые структуры. Одни вихри закручены в одну сторону, другие в противоположную, и такие пары остаются связанными. Для двумерной физики это одно из самых необычных состояний, потому что порядок здесь устроен не так, как в обычных магнитах, где все моменты просто выстраиваются в одном направлении.
Интерес к BKT-фазе связан ещё и с размерами таких структур. Теория предсказывает, что магнитные вихри в этом состоянии очень устойчивы, занимают по плоскости всего несколько нанометров и при этом существуют в слое толщиной всего в один атом. Такая комбинация делает их особенно любопытными для наноразмерных устройств: объект получается одновременно крошечным, стабильным и хорошо локализованным.
Когда кристалл истончают до слоя толщиной в один атом, привычные свойства материала начинают меняться самым неожиданным образом. Физики из Техасского университета в Остине показали , что в таком предельно тонком магните может возникать целая цепочка редких магнитных состояний, которую десятилетиями описывали теоретики. Их работу можно считать первым экспериментом, где эту последовательность удалось проследить полностью, от одной фазы к другой, в рамках одной и той же двумерной системы.
Исследователи работали с ультратонким слоем никель-фосфор-трисульфида, NiPS3. Материал постепенно охлаждали почти до абсолютного нуля и следили за тем, как меняется поведение магнитных моментов атомов, то есть микроскопических магнитных стрелок, задающих локальное направление намагниченности.
При температуре примерно от -150 до -130 °C слой вошёл в особое состояние, известное как фаза Березинского-Костерлица-Таулеса, или BKT-фаза. В этом режиме магнитные моменты образуют вихревые структуры. Одни вихри закручены в одну сторону, другие в противоположную, и такие пары остаются связанными. Для двумерной физики это одно из самых необычных состояний, потому что порядок здесь устроен не так, как в обычных магнитах, где все моменты просто выстраиваются в одном направлении.
Интерес к BKT-фазе связан ещё и с размерами таких структур. Теория предсказывает, что магнитные вихри в этом состоянии очень устойчивы, занимают по плоскости всего несколько нанометров и при этом существуют в слое толщиной всего в один атом. Такая комбинация делает их особенно любопытными для наноразмерных устройств: объект получается одновременно крошечным, стабильным и хорошо локализованным.