Физики из Центра имени В.Л. Гинзбурга ФИАН и НИЦ «Курчатовский институт» обнаружили, что внутри кристалла-антиферромагнетика сами собой возникают тончайшие слои с противоположными свойствами: в них магнетизм не гасится, а складывается, как в обычном магните.
Исследователи работали с кристаллом EuSn2As2 из европия, олова и мышьяка. Для краткости его называют «Eu-122». Это антиферромагнетик (вещество, в котором магнитные моменты соседних атомов направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются). Снаружи такой кристалл почти не проявляет себя как магнит.
Кристаллы вырастили при высокой температуре. Оказалось, что в ходе синтеза внутри них образуются планарные дефекты (плоские прослойки другого строения толщиной в нанометры). Причина — переменная валентность олова: его атомы могут по-разному связываться с соседями. Прослойки увидели с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Их толщина доходит до нескольких атомов.
Численные расчёты показали, что прослойка — это родственное соединение EuSnAs2 («Eu-112»). Его кристаллическая решётка кубическая, а у основного кристалла она тригональная. Расчёты объяснили, как эти две решётки стыкуются между собой. В «Eu-112» число атомов европия нечётное, поэтому их магнитные моменты не могут погасить друг друга полностью. При охлаждении они выстраиваются в одну сторону, и слой становится ферромагнетиком (так устроены обычные магниты).
Магнитные измерения подтвердили, что в объёмных кристаллах «Eu-122» действительно появляется ферромагнитный порядок. Пока он слабый. Работа остаётся лабораторным экспериментом, результаты опубликованы в журнале Physical Review Materials.
Авторы считают, что такая ровная граница между ферромагнитной и антиферромагнитной фазами может возникать и в других слоистых кристаллах. Для этого в них должны быть магнитные атомы (европий, гадолиний, диспрозий, марганец) и атомы с переменной валентностью (олово, индий, теллур). Если оно подтвердится, такие кристаллы пригодятся для спинтроники (электроники, которая использует не только заряд электрона, но и его спин, то есть собственный магнитный момент). По словам исследователей, на их основе можно получить устойчивые и быстродействующие магнитные структуры.
