Урановий матеріал відкрив приховану хіральну надґратку з дивним магнетизмом

23 жовтня 2026 р. 13:01

23 жовтня 2026 р. 13:01

У давно відомому урановому матеріалі виявили приховану атомну структуру, яка порушує звичні уявлення про магнетизм. Йдеться про урановий оксителурид (UOTe) — сполуку, відому ще з 1960‑х років, але майже забуту в науці. Сучасні методи мікроскопії дозволили дослідникам побачити в ньому раніше невідому хіральну надґратку, що пов’язана з рідкісним поєднанням двох типів магнетизму. Про результати розповідає видання SciTechDaily .

Прихована хіральна надґратка в урановому оксителуриді

Асистентка професора фізики Університету Техасу в Далласі Менке Лю (Mengke Liu) виявила незвичну структуру, досліджуючи кристали UOTe, синтезовані фізиком Шеном Жаном (Sheng Ran) з Вашингтонського університету в Сент‑Луїсі. Спершу вона вивчала цей матеріал з іншою метою, ще як постдокторантка в Harvard Quantum Initiative, але високороздільна мікроскопія показала в кристалі природну надструктуру, яку раніше ніхто не помічав.

Команда застосувала просвічувальну електронну мікроскопію та сканувальну тунельну мікроскопію, щоб роздивитися кристал на атомному рівні. Так вони виявили більшу періодичну структуру — хіральну надґратку, де атоми впорядковані у повторюваний «закручений» візерунок із переважно ліво- або правобічною орієнтацією. Така хіральність виявилася ключовою для того, як електрони рухаються крізь кристал.

Дослідники встановили, що ця надґратка суттєво впливає на електронну поведінку та пов’язана з незвичними магнітними властивостями матеріалу. Робота була опублікована онлайн 7 жовтня в журналі Nature.

Два типи магнетизму в одному кристалі

Урановий оксителурид виявився особливим тим, що поєднує риси одразу двох різних форм магнетизму — ферромагнетизму та антиферромагнетизму. У ферромагнітних матеріалах магнітні моменти атомів вирівнюються в одному напрямку, створюючи загальне намагнічення. В антиферромагнітних — сусідні магнітні моменти спрямовані протилежно й зазвичай взаємно компенсуються, тож сумарне намагнічення дорівнює нулю.

Той факт, що один і той самий кристал демонструє ознаки обох типів магнетизму, має фундаментальне значення для фізики конденсованого стану. Це вказує на складну взаємодію між атомною будовою, надґраткою та електронними станами в матеріалі.

Паралельно з групою Лю той самий урановий оксителурид вивчала команда Гарвардського університету під керівництвом Суянга Сю (Suyang Xu). Дві групи порівняли результати своїх експериментів і провели додаткові вимірювання. Це підтвердило, що незвична хіральна надструктура справді є важливим фактором, який керує рухом електронів у кристалі.

Натяк на швидшу й стійкішу магнітну пам’ять

Антиферромагнітні матеріали розглядають як перспективну основу для комп’ютерної пам’яті: вони зазвичай менш чутливі до зовнішніх магнітних полів і потенційно здатні працювати швидше, ніж традиційні ферромагніти. Матеріал, що поєднує властивості обох типів магнетизму, може відкрити нові можливості для магнітних запам’ятовувальних пристроїв.

Автори роботи наголошують, що практичні пристрої на основі уранового оксителуриду поки що не створені. Однак, якщо вдасться використати переваги такого поєднання магнітних режимів, майбутні елементи пам’яті можуть стати і швидшими, і більш стійкими до завад.

Обчислювальні розрахунки також показали, що сотні споріднених сполук можуть мати подібні хіральні надґратки. Це суттєво розширює коло матеріалів, у яких можна шукати аналогічну електронну та магнітну поведінку.

За словами дослідників, тепер, замість того щоб зосереджуватися лише на базовому атомному розташуванні, можна цілеспрямовано вивчати більші надструктури, які впливають на рух електронів і магнітні властивості.

Старий матеріал — нові перспективи

Урановий оксителурид відомий науці ще з 1960‑х років, але довгий час майже не привертав уваги дослідників. Лише сучасні високоточні методи мікроскопії дали змогу побачити структурні деталі, які раніше були недосяжними.

Нове дослідження показує, що навіть добре відомі матеріали можуть приховувати складні надґратки та незвичні магнітні стани. Це відкриває додаткові шляхи пошуку сполук для майбутніх електронних і пам’ятних технологій, де ключову роль відіграватимуть не тільки окремі атоми, а й більші періодичні структури всередині кристалів.

Наука