Забывчивый антиферромагнетик

 © А.Ф. Губкин

Способность магнитов притягивать к себе удаленные на расстояние железные предметы очаровывала и привлекала людей с древнейших времен.  Только в начале XX-го века физики Пьер Вейс и Вернер Гайзенберг нашли объяснение феномену ферромагнетизма – существованию ниже критической температуры (температуры Кюри) магнитооупорядоченного состояния с параллельным расположением магнитных моментов атомов. Вскоре французский физик Луи Неель и наш соотечественник Лев Ландау предположили существование принципиально иного класса магнитных материалов со скрытым магнетизмом – антиферромагнетиков, которые из-за антипаралледьного упорядочения магнитных моментов атомов не обладают свойствами постоянных магнитов.  Тем не менее, антиферромагнетики демонстрируют целый ряд интересных физических свойств, в том числе, представляющих интерес для практического применения: сверхбыструю магнитную динамику, гигантский магниторезистивный эффект, спиновый эффект Зеебека и другие. Благодаря этим свойствам антиферромагнетики являются перспективными материалами, с которыми связывается будущее спинтроники – нового раздела физики конденсированного состояния, изучающего свойства материалов, в которых не только электрический заряд, но и спин электрона играют ключевую роль. В частности, антиферромагнетики могут расширить функциональные возможности микроэлектронных устройств, работающих на принципах спинтроники, например, в микросхемах магниторезистивной памяти.  Создание подобных устройств требует глубокого понимания фундаментальных механизмов взаимодействия между антиферромагнитным порядком и транспортными свойствами в различных антиферромагнитных материалах.

Коллективу научных сотрудников из Уральского отделения РАН совместно с коллегами из США, Германии и Швейцарии при помощи серии экспериментов по нейтронному рассеянию, измерению магнитных и электрических свойств удалось установить, что сложный ближний и дальний антиферромагнитный порядок типа «волна спиновой плотности» в монокристалле Tb₃Ni является причиной аномального поведения электросопротивления в широком интервале температур вплоть до комнатной. При температурах близких к абсолютному нулю приложение внешнего магнитного поля величиной 5 тесла переводит кристалл Tb₃Ni в метастабильное ферромагнитное состояние, с падением электросопротивления материала на 50%. Любопытно, что материал так и остается постоянным магнитом с пониженным электросопротивлением, «забывая» о своей антиферромагнитной природе, после выключения магнитного поля.

Результаты нашей работы могут быть интересны другим научным группам, которые занимаются исследованием в области спинтроники и создания устройств магниторезистивной памяти.

Работа была поддержана Российским научным фондом и опубликована в престижном международном журнале Physical Review B. Руководителями исследования являются старший научный сотрудник Института физики металлов им М.Н. Михеева УрО РАН А.Ф. Губкин и главный научный сотрудник Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН профессор Н.В. Баранов.

Краткая формула