Одновідсоткове розтягнення виявило прихований магнетизм у кристалі

12 серпня 2026 р. 13:15

12 серпня 2026 р. 13:15

Дослідники Університету Райса виявили спосіб за допомогою всього близько 1% механічного розтягнення виявити прихований магнетизм у манган-телуриді та керувати його електричним відгуком. Робота відкриває новий підхід до контролю електричних сигналів у перспективних матеріалах для спін-електроніки, про що повідомляє видання Interesting Engineering .

Алтермагнетизм і проблема багатодоменної структури

Дослідження зосереджене на алтермагнетизмі – відносно нещодавно виділеній формі магнетизму. Вважається, що алтермагнетики можуть поєднувати корисні риси як феромагнетиків, так і антиферомагнетиків і потенційно забезпечувати швидшу та «холоднішу» обробку інформації.

Однак у манган-телуриді, який має гексагональну кристалічну структуру, зазвичай формується кілька магнітних доменів. У кожному з них магнітні моменти орієнтовані по-різному, підкоряючись трьохкратній обертальній симетрії гексагональної ґратки. Сигнали від цих доменів накладаються, і це ускладнює визначення справжньої внутрішньої магнітної структури матеріалу.

Команда з Райса розв’язала цю проблему, приклавши одновісний механічний натяг – розтягнувши кристал манган-телуриду в одному напрямку. Це змусило матеріал перейти в стан з одним магнітним доменом, який можна значно чіткіше вимірювати та аналізувати.

Розтягнення відкриває приховану структуру і змінює електричний сигнал

Перехід до одно-доменного стану дозволив ученим детально «розгледіти» магнітну структуру манган-телуриду та виявити різку особливість в його аномальному ефекті Холла. Цей ефект полягає в появі поперечної напруги в матеріалі, коли через нього проходить електричний струм, і він чутливий до його магнітних властивостей.

За температури близько 230 кельвінів (приблизно мінус 45 °F) дослідники з’ясували, що механічний натяг може змінювати полярність холлівського сигналу. Тобто електричну відповідь матеріалу можна перемикати, не змінюючи суттєво його базові магнітні взаємодії.

За словами співавтора роботи, аспіранта Сіце Сю (Sijie Xu), саме завдяки одновісному натягу їм вдалося остаточно прояснити магнітну структуру манган-телуриду та побачити надзвичайно різку деталь в аномальному холлівському сигналі – поперечній напрузі, яку генерує струм через специфічну магнітну структуру кристала.

Натяг як альтернатива зміні температури

На думку дослідників, керованість ефекту пов’язана зі змінами Berry-кривини (Berry curvature) – величини, що описує, як електрони поводяться при русі крізь електронну структуру матеріалу. Ця властивість може суттєво впливати на транспорт заряду та спіну.

Розрахунки команди показують, що зміна натягу всього на 1% може дати ефект, еквівалентний зміні температури приблизно на 150 кельвінів . Традиційно саме температура використовується для «налаштування» магнітних властивостей, але такий підхід складно реалізувати в реальних електронних пристроях.

Механічний натяг, якщо навчитися вбудовувати його в конструкцію мікросхем та елементів пам’яті, може стати альтернативним і більш практичним параметром керування.

Співавтор дослідження Чжаоюй Лію (Zhaoyu Liu) зазначає, що одновісний натяг дозволяє «налаштовувати» аномальний ефект Холла, перемикаючи його знак від одного типу заряду до іншого. Оскільки при цьому магнітні взаємодії загалом зберігаються, команда пов’язує ефект саме з натягом, що змінює Berry-кривину.

Крок до спін-транспортних пристроїв нового покоління

Автори вважають свій результат раннім, але важливим кроком до практичного використання алтермагнетиків у спін-транспортних технологіях – від елементів пам’яті до високочастотної електроніки майбутнього. Керований механічним натягом аномальний ефект Холла в одному магнітному домені демонструє, що такі матеріали можна тонко налаштовувати без великих витрат енергії.

Робота опублікована в журналі Physical Review X і підкреслює, що навіть незначне, на перший погляд, механічне розтягнення може стати потужним інструментом для керування квантовими властивостями твердих тіл.

Наука