Вълнуващо откритие е направено от физици, които наблюдавали последователност от магнитни поведения в материали, докато те приближават абсолютната нула, отбелязвайки за първи път, че цялата тази последователност е документирана в една единствена система. Това откритие обещава да подобри нашето разбиране за магнитните явления.
Изследване на магнитните вихри
Изследователският екип се фокусирал върху ултратънък кристал от никел фосфор трисулфид (NiPS3), охлаждайки го до температури между -150 и -130 °C. При тези температури материалът преминал в уникално магнитно състояние, известно като фаза на Березински-Костерлиц-Тоус (BKT).
В рамките на BKT фазата магнитните моменти на отделните атоми се подреждат в завихрени структури, наречени вихри. Тези вихри се появяват на двойки, като единият се върти по часовниковата стрелка, а другият -- обратно на часовниковата стрелка, оставайки тясно свързани помежду си.
BKT фазата носи името на физика Вадим Березински и носителите на Нобелова награда Дж. Майкъл Костерлиц и Дейвид Тоус, признати за теоретичните си приноси към този фазов преход, който им донесе Нобелова награда по физика през 2016 година.
Едоардо Балдини, асистент-професор по физика в UT и ръководител на изследването, отбеляза: "BKT фазата е особено интригуваща, тъй като тези вихри се предсказват да бъдат изключително стабилни и ограничени до само няколко нанометра в ширина, съществуващи в един единствен атомен слой." Той подчерта, че тяхната стабилност и малки размери отварят нови възможности за контролиране на магнетизма на нано ниво и предоставят прозрения за универсалната топологична физика в двумерни системи.
Преход към подредена фаза
С по-нататъшното намаляване на температурата, материалът преминал в шесто състояние на часовникова подредба, където магнитните моменти се подреждат в една от шестте симетрични посоки. Това наблюдение потвърдило експерименталната реализация на двумерния модел на шесто състояние на часовника, теоретична рамка, предложена през 70-те години, която точно предсказва последователността на магнитните фази, наблюдавани в експеримента.
Балдини заяви: "Нашите находки илюстрират пълната последователност от фази, предвидени за двумерния модел на шесто състояние на часовника и определят условията, при които възникват магнитни вихри на нано ниво в чисто двумерен магнит."
Бъдещи перспективи за магнитни технологии на нано ниво
Изследователският екип има за цел да проучи стабилизацията на подобни магнитни фази при по-високи температури, с надеждата да идентифицира материали, които могат да поддържат тези ефекти по-близо до стайна температура. Тази първоначална демонстрация служи като важна отправна точка за бъдещи изследвания.
Освен това, резултатите предполагат, че много други двумерни магнитни материали могат да притежават преди неразпознати магнитни фази, което потенциално може да доведе до революционни открития в основната физика и иновативни концепции за наноелектронни устройства.
Изследователски екип и подкрепа
Този проект е основно финансиран от Националната научна фондация (NSF) чрез Центъра за динамика и контрол на материалите в UT. Изследователският екип включва видни физици от UT и сътрудници от няколко уважавани институции.
