Создан магнит без магнитного поля
Ученые изобрели предельно необычный материал — он обладает стабильной внутренней магнитной структурой, но почти не создает внешнего магнитного поля. Что немаловажно, эти парадоксальные свойства сохраняются при температурах выше комнатной.
Разработка описана в журнале Nature Chemistry. Она принадлежит к редкому классу так называемых компенсированных ферримагнетиков. В них магнитные моменты внутри структуры направлены в разные стороны. Сама по себе намагниченность очень велика, но моменты почти полностью гасят друг друга. В итоге внешнее магнитное поле у материала крайне слабое. Этим он выгодно отличается от обычных магнитов, которые сложно встраивать в электронные схемы.
«У нас теперь есть материал с очень четко упорядоченной магнитной структурой, но без магнитного поля, которое обычно создает проблемы в электронике», — говорит профессор Каспер Стеен Педерсен с факультета химии Датского технического университета, руководивший исследованием.
В традиционной электронике информацию переносит электрический заряд. В спинтронике же носителем выступает спин электрона, что в принципе позволяет создавать более быстрые компоненты с куда меньшим энергопотреблением. Одна из главных проблем, которую решали авторы этого исследования, — необходимость в магнитных материалах, которые не создавали бы помех своему окружению.
«С магнитными материалами сложно работать, когда нужно плотно разместить много функций на одном кристалле. Но если материал почти не излучает магнитное поле, компоненты в принципе можно расположить гораздо ближе друг к другу — без вредных взаимовлияний. Это открывает совершенно новый уровень контроля. Раз магнитные свойства „вшиты“ в молекулярный материал, мы можем химически настраивать как его магнитные, так и электронные характеристики», — рассказывает профессор.
В основе хром-пиразина Cr(pyrazine)₃ — так называется новый материал — металл-органический каркас: пиразин соединяет между собой атомы хрома. Поскольку в этом случае пиразин выступает в роли радикала с одним неспаренным электроном, это позволяет ему напрямую вносить вклад в магнетизм всего материала. Топология каркаса напоминает еще один кристалл будущего — перовскит.
Испытания показали, что почти идеальная магнитная компенсация остается стабильной в широком интервале температур, в том числе значительно превышающих комнатную. Это особо выделяет новинку, ведь почти все родственные соединения демонстрируют подобный баланс лишь при строго определенных температурах.
Одним словом, у хром-пиразина большое будущее — но пока только теоретическое. Авторы подчеркивают, что не проверяли его ни в реальных компонентах, ни в каких-то конкретных применениях. Следующим этапом будет попытка получить Cr(pyrazine)₃ в виде тонких пленок.
