Usædvanlig magnetisk struktur understøtter muligvis næste generations teknologi

Magnetiske materialer, der danner spiralformede strukturer - spiralformede former, der kan sammenlignes med en vindeltrappe eller dobbeltspiralstrengene i et DNA -molekyle - udviser lejlighedsvis eksotisk adfærd, der kan forbedre informationsbehandling på harddiske og andre digitale enheder.

Et forskerhold fra Colorado State University bruger neutroner ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) til at studere et sådant materiale, Fe3PO7. Selvom spiralformede strukturer typisk dannes af magnetiske øjeblikke, der snor sig omkring en akse i en bestemt retning, forskerne opdagede, at Fe3PO7 ikke vælger en bestemt retning og kun tillader kortformede spiralformede strukturer. Disse strukturer kan give nye teknologiske muligheder.

"Fordi helixens retning varierer i rummet, den har det, vi kalder en delvis ordre, hvilket betyder, at der ikke er nogen bestemt retning for spiralaksen til at pege, "sagde assisterende professor Kate Ross, som også er tidligere formand for ORNLs SNS-HFIR-brugergruppe.

Ved at bestemme Fe3PO7s magnetiske struktur ved hjælp af Four-Circle Diffractometer-instrumentet, beamline HB-3A ved ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR), forskerne håber at identificere de underliggende faktorer, der bidrager til denne usædvanlige spiralformede magnetiske struktur. Neutroner har deres eget "spin" (et iboende momentum), gør dem følsomme over for magnetisme indeni materialer, hvilket betyder, at de er det ideelle værktøj til opgaven.

Holdets lille krystalprøve er antiferromagnetisk, hvilket betyder, at hvert spin på atomgitteret forsøger at vende i den modsatte retning af dets nabospin. Imidlertid, Fe3PO7 danner et gitter baseret på trekantede enheder, der gør dette arrangement umuligt, hvilket resulterer i en atomisk fastlåsning kaldet "frustration". Disse nøgleegenskaber kan informere teamets undersøgelse af den utraditionelle magnetiske struktur.

"Vi synes, der er en spændende mulighed, der potentielt kan forklare dette materiales delvise spiralformede rækkefølge og kortdistancekorrelationer, som begge er usædvanlige at se i et solid-state materiale, "Sagde Ross.

Dette fænomen kan være forårsaget af snoet magnetiseringsområder kaldet "skyrmions", der forstyrrer magnetiske centrifugeringsmønstre. Ifølge Ross, disse antiferromagnetiske, "pindsvin-lignende" defekter kan fremme området inden for spintronics, som indebærer manipulation af elektron -spin for at forbedre magnetisk informationslagring og andre applikationer.

Efter at have analyseret deres data, forskerne planlægger at foretage yderligere undersøgelser med fokus på dynamikken i Fe3PO7 for at bekræfte dette scenario.

Ross har studeret frustreret magnetisme siden hendes bachelorår, og emnet fortsætter med at fascinere og inspirere hende i dag. Hun beskriver sit team som opdagelsesrejsende, der søger interessante magnetiske faser, der ofte når frem til uventede konklusioner.

"Det er det, der virkelig holder mig interesseret i at lave den slags projekter, "sagde hun." Du kan gå i en retning baseret på en god idé og derefter blive omdirigeret til at lære om noget helt andet. "