Учёным из России удалось запечатлеть новые свойства гексаборида церия. Это твердое вещество имеет металлическое соединение, но в его структуре находятся жидкие кристаллы. С помощью этой особенности гексаборид может контролировать сопротивление в электричестве. Scientific Reports опубликовал в своём журнале научную работу физиков из Института РАН. Поддержкой исследователей занимался Российский научный фонд.
Гексаборид церия был открыт более 40 лет назад и добавлен в группу к коррелированным металлам. С этого времени он не перестаёт удивлять учёных новыми свойствами. В отличие от обычных проводников, электроны гексаборида проявляют себя как сильные молекулы в жидких веществах. Новым достижением стало открытие свойств классических кристаллов в составе церия. Это позволяет управлять состоянием сопротивления с помощью магнитных полей. Для данного класса веществ уже были проведены специальные опыты, но ранее никогда не получалось увидеть такие особенности у металлического соединения.
Специалисты, работающие в сфере конденсированных состояний, исследуют металлические вещества, которые состоят из жидких кристаллов. По словам автора проекта Сергея Демишева, жидкокристаллические предметы уверенно закрепились в повседневной жизни людей. Дисплеи телевизоров и мобильных телефонов произведены на основе именно этой технологии.
Если более глубоко рассматривать строение классического кристалла, то можно заметить, что его молекулы имеют форму «палочек». В случае, если эти «палочки» находятся в беспорядочном состоянии, такая среда называется изотропной. Её преимущество заключается в том, что в этом состоянии происходит максимальная симметрия системы. Она вращается и совмещается сама с собой при повороте на любой угол независимо от выбранной оси. Данная система «палочек» выстраивается в один ряд на нужной оси, только в случае увеличения температуры или при воздействии магнитных полей. Если такое изменение происходит, фаза кардинально меняет симметрию и в последствие называется нематиком.
Представление о жидких кристаллах имеют многие. Интересно, что схожими свойствами обладают и некоторые твердые тела (металлы). Физики зовут их «электронными нематиками». Уникальность этих металлов основана на способности точечных электронов выполнять ту же функцию, что и молекулы привычных всем жидких кристаллов.
Каждый электрон имеет свой спин, или магнитный момент. Для большей наглядности его можно изобразить в виде магнитной стрелки. Вспомним базовые уроки физики и опыты с магнитами: рассыпанные на физическом лабораторном столе железные опилки располагаются вдоль линий магнитного поля. Приблизительно та же ситуация происходит и со спинами твердых тел. Они тоже согласуются с магнитными полями.
Но здесь есть один нюанс: «магнитная стрелка» спина может произвольно менять как свой размер, так и ориентацию в пространстве. Эти изменения носят случайный характер и могут быть представлены как мерцание или дрожание, которое удается наблюдать на примере сильно коррелированных металлов (церия гексаборида CeB6). Это явление в физике называется флуктуацией.
Среда является изотропной и уподобляется жидкому кристаллу, если флуктуация равномерна по всем направлениям. Если же «дрожание» идет только по одному направлению, среда является анизотропной. Вот здесь люди сталкиваются с электронными нематиками. Важным моментом является упорядоченность именно дрожания, а не самих спинов. Для электронной фазы нематиков характерна однонаправленность флуктуаций. Этим она и отличается от других магнитозависимых фаз.
Обнаружить электронный нематик не так уж сложно. Для этого используется метод проверки наличия электрического сопротивления. Металлы-проводники свободно передают движение потока заряженных частиц. В сверхпроводниках он вообще не встречает препятствий (что говорит о нулевом сопротивлении). В коррелированных металлах ситуация совершенно иная. Здесь флуктуации максимально тормозят поток заряженных частиц.
Поскольку флуктуация зависит от источника магнитного поля, обнаружение связанного с ним изменения электрического сопротивления и поможет выявить тот самый электронный нематик. Это свойство называется анизотропией магнитосопротивления. Она была изучена на примере образца CeB6. Физики провели с металлом ряд экспериментов и на основе тщательно задокументированных результатов составили картосхему анизотропии магнитосопротивления.
Авторы исследования подробно описали зависимость сопротивления нематика (гексаборида церия) от соотнесенности осей магнитных полей и флуктуации. Благодаря составленным картам были отслежены изменения анизотропии магнитосопротивления при разных температурах и выявлены свойства нематика у опытного образца.
Проведенные опыты позволили выявить определенные закономерности и описать предполагаемое практическое воплощение теории нематической базы. Эффект анизотропии магнитосопротивления проявился в образце при достаточно низкой температуре. Всего на 3,2° выше абсолютного нуля. Сергей Демищев отмечает, что открытое явление весьма многообещающее, но сложное в плане практической реализации.
Возможно, решить эту проблему смогут в будущем. На текущий момент установлено, что управлять флуктуациями и влиять тем самым на электропроводность металлов можно. Одной из областей применения этого эффекта может быть спиновая электроника. Возможно, молодые коллеги смогут преодолеть описанные сложности и найдут действенный способ использования обнаруженного эффекта на практике.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
