Топологический изолятор показал необычные магнитные свойства
Топологические изоляторы – весьма необычные материалы. Странным в них является то, что они проводят электрический ток только на своей поверхности, а внутри являются диэлектриками. Один из таких материалов – гексаборид самария – был недавно изучен российскими и украинскими учёными. Выяснилось, что он имеет магнитные центры, что позволяет использовать его в перспективной спиновой электронике.
Обнаружить такие центры помог метод, называемый парамагнитным резонансом. Его сущность состоит в следующем: магнит, помещённый в электромагнитное поле, начинает поглощать часть этой энергии и расходовать её на изменение собственного магнитного состояния. Если частота излучения совпадает с внутренними характеристиками магнита, то интенсивность поглощения резко возрастает, что приводит к парамагнитному резонансу. Теперь можно измерить величину этого резонанса и выявить, имеются ли в исследуемом веществе магнитные центры.
До сих пор считалось, что магнитные центры имеют лишь вещества, содержащие магнитные примеси. Гексаборид самария их лишён, поэтому, по идее, никаких магнитных центров он содержать не может. Однако учёные решили это проверить. Образец этого материала поместили в микроволновое электромагнитное поле, а затем чувствительным прибором зафиксировали парамагнитный резонанс. Это поразительные результаты, но также выяснилось, что проявляет описанные свойства гексаборид самария только при очень низкой температуре, которая достигается ультранизкотемпературным морозильником – от минус 273 градусов и ниже; чем больше понижалась температура, тем большую амплитуду демонстрировал резонанс. Такое поведение характерно для ферромагнетиков – к таковым относится, например, железо.
Однако обнаруженное свойство показывает, что в исследуемом материале не может быть обычных магнитных примесей: при их наличии сигнал резонанса сохранялся бы и при значительном повышении температуры. В данном же случае он пропадает. Чем это может объясняться – наука пока не знает. Исследователи не останавливаются на достигнутом и планируют в скором времени решить и эту загадку.
Спиновая электроника, о которой упоминалось выше, является перспективной областью техники. В отличие от обычных электронных устройств, в «спиновых» системах сигнал или энергия переносится не потоком заряженных частиц (электрическим током), а потоком спинов – моментов импульса частиц. Спин имеет квантовую природу; сама же частица как целое остаётся на месте.
