Физики получили принципиально новый вид магнита

Казалось бы, что может быть необычного в магните? Явление магнетизма давным-давно изучено и с глубокой древности применяется в самых разных областях – от компасов и до современной техники. Однако учёные представили принципиально новый вид магнита, имеющий по сравнению с традиционным массу преимуществ.
Речь идёт о новом веществе, основанном на синглетных состояниях электронов и способном сохранять устойчивый магнетизм при высокой температуре. В этом веществе магнитное поле то пропадает, то появляется, что и отличает его от стандартных магнитных веществ. Это может быть применено для того, чтобы с лёгкостью управлять магнитным полем. Первое, что приходит на ум в связи с этим – новый способ записи и хранения информации; именно для этого в первую очередь и предназначают своё открытие специалисты. Об этой работе можно прочитать в издании Nature Communications.
Синглетное состояние – система из двух частиц, которые имеют суммарный спин, равный нулю. А спин, упрощённо говоря, — это вращение частицы в определённом направлении. Совокупность спинов группы близко расположенных частиц определяет её физические свойства. То есть синглетное состояние можно представить как два близко расположенных электрона, вращающихся в разные стороны. Есть ещё триплеты – три вида состояний с суммарным спином, равным единице.
Ещё полвека назад весьма умными специалистами было предсказано, что на основе синглетных состояний может существовать магнетизм. Было установлено, что природа такого магнетизма резко отличается от свойств обычных магнитов. В стандартных магнитных веществах каждая частица имеет магнитный момент, направление которого постоянно. Моменты множества таких частиц создают мощное магнитное поле, которое исчезает при некоторой критической температуре, поскольку согласованность моментов частиц распадается. В веществах с синглетными состояниями постоянные моменты отсутствуют; они непрерывно формируются и исчезают совершенно спонтанным образом, благодаря чему в сумме постоянно образуются кратковременные согласования моментов. Близко расположенные электроны образуют так называемые спиновые экситоны – квазичастицы, представляющие собой связанное состояние электрона и дырки. Обычно эти квазичастицы быстро разрушаются, но если концентрация электронов очень высокая, экситоны могут быть стабильными. Они-то и создают магнитные свойства.
Было изучено несколько веществ с синглетными состояниями, однако в них экситоны проявляли свои свойства только при температурах, близких к абсолютному нулю. Учёные не сдавались и продолжали лабораторные исследования, пока, наконец, не обратили своё внимание на USb2 – антимонид урана. Это вещество в течение долгого времени имело репутацию весьма загадочного соединения, и вот теперь многие его загадки были решены. Оказалось, что это и есть первое найденное вещество с синглетным состоянием, являющееся высокотемпературным магнитом.
Исследователи говорят, что управление магнетизмом в таких магнитах не требует много усилий, благодаря чему их очень удобно использовать, к примеру, при производстве компьютеров.