Впервые создан беспорядочный магнит

Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри. Первые же эксперименты подтвердили давно предсказанные теоретиками необычные свойства этого магнита.
Магнетизм удается успешно описывать на редкость простыми математическими моделями (изображение с сайта tina.nat.uni-magdeburg.de)
Магнетизм удается успешно описывать на редкость простыми математическими моделями (изображение с сайта tina.nat.uni-magdeburg.de)
Магнетизм интересует физиков по разным причинам. Прежде всего, из-за многочисленных практических приложений, реализация которых требует глубокого понимания явления. Во-вторых, потому что он помогает лучше понять свойства материалов на атомном уровне — ведь магнетизм в веществе возникает из-за сложного устройства и взаимодействия электронных оболочек соседних ионов. Наконец, в отличие от многих других областей материаловедения, магнетизм можно промоделировать с помощью простых, но очень емких теоретических конструкций, например спиновых цепочек. А это значит, что иногда путь от математических изюминок в этих конструкциях до эксперимента может оказаться на удивление коротким.

В недавней статье, появившейся в журнале Nature, сообщается, фактически, об открытии нового направления в экспериментальной физике магнитных явлений. Исследователи из США и Великобритании впервые в мире создали беспорядочный магнит, который теоретики придумали 40 лет назад, и уже первые эксперименты подтвердили предсказанные теоретиками забавные свойства этого магнита.

Но сначала несколько слов о ферромагнетизме. Ферромагнетик (то, что в повседневной жизни называется просто магнитом) содержит такие атомы, электронные оболочки которых обладают собственным магнитным моментом. Образно выражаясь, каждый атом похож на маленький магнитик со своим «северным» и «южным» полюсом. Находясь в кристалле, он взаимодействует со своими соседями и стремится развернуться в согласии с ними, из-за чего весь кристалл целиком становится намагниченным.

Однако при повышении температуры тепловые колебания атомов начинают расшатывать эту строгую упорядоченность — начинается борьба порядка и теплового беспорядка. Максимальная температура, до которой магнетизм еще «держится», называется точкой Кюри; при более высоких температурах тепловой беспорядок пересиливает, и спонтанная намагниченность пропадает.

Свойства вещества в непосредственной близости к точке Кюри чрезвычайно заинтересовали теоретиков. Оказалось, что вещество в этом случае становится «критическим» — в нём появляется самоподобность, и оно реагирует на внешние возмущения не на уровне атомов, а целиком огромными областями.

Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи)
Благодаря симметрии, в строго периодической решетке не возникает никаких поперечных полей. Однако если часть магнитных ионов гольмия (Ho) заменить на немагнитные ионы иттрия (Y), появятся беспорядочно ориентированные поперечные поля (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи)
Начав разбираться с этой задачей, теоретики поняли, что есть еще один способ внести в задачу беспорядок — поместить образец в хаотическое поперечное магнитное поле. В таком магните тоже может возникнуть критическое состояние, но со своими особенностями. Например, в 1969 году Роберт Гриффитс предсказал, что магнитная восприимчивость такого магнита (то есть то, насколько сильно он намагничивается в том или ином поле) будет зависеть от силы внешнего поля не плавно, как это обычно бывает, а с резким изломом.

Такую особенность, получившую название «сингулярность Гриффитса», экспериментаторы до сих пор не могли «нащупать», и их можно понять. Ведь для того, чтобы получить такой магнит, надо создать хаотическое магнитное поле. Но как это сделать? В 1970-е годы возникла идея внедрить в магнит «чужеродные» атомы, которые и изменят магнитное поле внутри кристалла. Эту идею уже даже применили к антиферромагнетикам — веществам со «скрытым магнетизмом», — но только сейчас, в описываемой работе, удалось реализовать ее для настоящего магнита.

Для своих экспериментов авторы научились создавать кристаллы с общей формулой LiHoxY1-xF4 с разным значением числа x (x = 1,0, 0,65 и 0,44). В таком кристалле ионы лития (Li) и фтора (F) играют роль каркаса, а магнитные ионы гольмия (Ho) обеспечивают ферромагнетизм. В случае, когда x не равно единице, часть мест, «предназначенных» для гольмия, занимают немагнитные ионы иттрия (Y) — то есть строгая периодическая решетка магнитных ионов оказывается как бы «разбавлена» немагнитными примесями.

Такое внедрение немагнитных примесей кардинально влияет на магнитное поле внутри кристалла. Если раньше, при x = 1, из-за строгой симметрии никакого поперечного поля внутри вещества не было, то теперь то там, то тут возникало нескомпенсированное поперечное поле. А так как ионы примеси расположены в кристалле хаотично, то это поперечное поле тоже беспорядочно менялось от места к месту — как раз то, что и требовалось создать!

Очень важный момент: сила этого беспорядочного поля внутри кристалла не фиксирована, ею можно легко управлять с помощью внешних полей. А это значит, что все свободные параметры задачи можно настроить так, как хочется экспериментатору, и проверить давние предсказания теоретиков.

С этой задачей экспериментаторы справились блестяще. Они научились контролировать силу хаотического магнитного поля в очень широком диапазоне, покрывавшем пять (!) порядков. График полученных данных показал четкий излом — как раз проявление сингулярности Гриффитса. Авторы пишут, что они использовали одну из самых простых методик изучения ферромагнетиков. Применение гораздо более чувствительных методик позволит узнать устройство и поведение этого «беспорядочного магнита» во всех деталях.

Кроме того...
Тараканы набираются ума на закате
В разное время суток...
Рыбы тоже любят поспать
Не обманывайтесь тем, что глаза у рыб всегда открыты: эти...
S
...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Лица против паролей
Лица против паролей Лица против паролей
Исследователи из университета ХьюстонаUniversity of Houston разработали новую компьютерную программу под названием URxD, которая
Впервые создан беспорядочный магнит
Впервые создан беспорядочный магнит Впервые создан беспорядочный магнит
Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри
Шаровые молнии своими руками
Шаровые молнии своими руками Шаровые молнии своими руками
Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много
Графеновая бумага
Графеновая бумага Графеновая бумага
Графен был открыт в 2004 году
Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков
Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков
Компания Sony запатентовала "подушку безопасности" для компонентов электронных устройств, сообщает The Inquirer. В частности
Робот научился передвигаться по воде
Робот научился передвигаться по воде Робот научился передвигаться по воде
Говорят, что секрет хождения по воде прост. Надо толкаться быстро-быстро, чтобы не успеть проваливаться
Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу
Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу
Все мы мечтали иногда уметь проходить сквозь стены, и теперь такая «стена» есть
Американцы научили зонт предсказывать погоду
Американцы научили зонт предсказывать погоду Американцы научили зонт предсказывать погоду
В рукоятку зонта встроено устройство, получающее по беспроводной связи прогноз погоды на ближайшее время
Столкнулись четыре галактики
Столкнулись четыре галактики Столкнулись четыре галактики
Друг с другом столкнулись четыре галактики нешуточных размеров — каждая не меньше нашего Млечного Пути
Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна
Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна
Группа специалистов Корнелльского университета (Cornell University), США
Открыта самая большая планета во Вселенной
Открыта самая большая планета во Вселенной Открыта самая большая планета во Вселенной
Астрономы Ловелловской обсерватории (Lowell Observatory), штат Аризона, США
Жизнь на Марсе может дорого стоить
Жизнь на Марсе может дорого стоить Жизнь на Марсе может дорого стоить
Космические аппараты, возвращаемые из космоса
Лазером по вирусам
Лазером по вирусам Лазером по вирусам
Учёным удалось разработать новый метод уничтожения вирусов. Их обстреливают импульсами пурпурного лазера
Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом
Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом
Четверть века потратили ученые, чтобы выяснить способ оральной передачи ВИЧ-инфекции, вызывающей СПИД
Обнаружена причина появления речи
Обнаружена причина появления речи Обнаружена причина появления речи
К полутора годам у детей накапливается достаточный для воспроизводства словарный запас
Короткие замыкания в небесной канцелярии
Короткие замыкания в небесной канцелярии Короткие замыкания в небесной канцелярии
По официальной статистике грозы занимают второе место среди природных факторов, угрожающих жизни человека
"Террористы-смертники" в природе
"Террористы-смертники" в природе
Ученые обнаружили тлей-самоубийц, которые сидят, притаившись, в капустных листах, готовые погибнуть
История джинс
История джинс История джинс
За свою недолгую истоpию пятикаpманные штаны успели захватить умы и сеpдца миллионов людей различного возpаста, пола
Малыши умеют предугадывать чужое поведение
Малыши умеют предугадывать чужое поведение Малыши умеют предугадывать чужое поведение
13-месячные дети уже умеют ставить себя на место другого и таким образом предугадывать его поведение

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • История джинсИстория джинс
    За свою недолгую истоpию пятикаpманные штаны успели захватить умы и сеpдца миллионов людей различного возpаста, пола
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
003