Физики впервые увидели странные магнитные вихри, предсказанные 50 лет назад

Исследователи из Техасского университета в Остине впервые экспериментально подтвердили теоретическую модель двумерного магнетизма, предложенную в 1970-х годах. В ходе эксперимента они охладили одноатомный слой материала никель-фосфор-трисульфид (NiPS3) до температур от -150 до -130 °C, что позволило ему войти в особое магнитное состояние — фазу Березинского–Костерлица–Таулеса (БКТ).

В этой фазе магнитные моменты атомов организовались в наноразмерные вихревые структуры, которые образуют пары, вращающиеся в противоположных направлениях. Эти вихри исключительно стабильны и занимают всего несколько нанометров в ширину при толщине в один атомный слой.

«Из-за своей стабильности и чрезвычайно малого размера эти вихри открывают новый путь к управлению магнетизмом в наномасштабе», — заявил руководитель исследования, доцент физики Эдоардо Бальдини.

При дальнейшем охлаждении материал перешёл во второе магнитное состояние — упорядоченную фазу «шестичасовых стрелок», где магнитные моменты выстраиваются в одном из шести симметричных направлений. Наблюдение всей последовательности фаз в одной системе подтверждает реализацию двумерной модели шести состояний.

Это открытие может стать основой для создания сверхкомпактных технологий, управляющих магнетизмом на наноуровне. Следующая цель учёных — найти материалы, способные демонстрировать подобные фазы при температурах, близких к комнатной. Исследование также предполагает, что многие другие двумерные магнитные материалы могут скрывать неизвестные ранее фазы, что сулит новые открытия в физике и наноэлектронике.

Работа была поддержана Национальным научным фондом США и другими организациями. Статья с результатами опубликована в журнале Nature Materials.