Oplåsning af hemmelighederne bag kvasikrystalmagnetisme:Afsløring af et nyt magnetisk fasediagram

Kvasikrystaller er intermetalliske materialer, der har fået betydelig opmærksomhed fra forskere, der sigter mod at fremme forståelsen af ​​kondenseret stofs fysik. I modsætning til normale krystaller, hvor atomer er arrangeret i et ordnet gentaget mønster, har kvasikrystaller ikke-gentagende ordnede mønstre af atomer.

Deres unikke struktur fører til mange eksotiske og interessante egenskaber, som er særligt nyttige til praktiske anvendelser inden for spintronik og magnetisk køling.

En unik quasicrystal variant, kendt som Tsai-typen icosahedral quasicrystal (iQC) og deres cubic approximant krystaller (AC'er), viser spændende karakteristika. Disse omfatter langrækkende ferromagnetiske (FM) og anti-ferromagnetiske (AFM) ordrer samt ukonventionelle kvantekritiske fænomener, for at nævne nogle få.

Gennem præcise sammensætningsjusteringer kan disse materialer også udvise spændende funktioner som aldring, hukommelse og foryngelse, hvilket gør dem velegnede til udvikling af næste generations magnetiske lagerenheder. På trods af deres potentiale er det magnetiske fasediagram af disse materialer dog stort set uudforsket.

For at afdække mere har et team af forskere, ledet af professor Ryuji Tamura fra Institut for Materialevidenskab og Teknologi ved Tokyo University of Science (TUS) i samarbejde med forskere fra Tohoku University for nylig udført magnetiserings- og pulverneutrondiffraktion (PND) eksperimenter på ikke-Heisenberg Tsai-type 1/1 guld-gallium-terbium AC.

"For første gang er fasediagrammerne for den ikke-Heisenberg Tsai-type AC blevet optrevlet. Dette vil styrke anvendt fysikforskning i magnetisk køling og spintronik," sagde professor Tamura.

Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Materials Today Physics .

Gennem adskillige eksperimenter udviklede forskerne det første omfattende magnetiske fasediagram af ikke-Heisenberg Tsai-typen AC, der dækker en bred vifte af elektron-per-atom (e/a) forhold (en parameter, der er afgørende for at forstå den grundlæggende karakter af QC'er) ).

Derudover afslørede målinger ved hjælp af pulverneutrondiffraktionen (PND) tilstedeværelsen af ​​en ikke-koplanær hvirvlende AFM-orden ved et e/a-forhold på 1,72 og en ikke-koplanær hvirvlende FM-orden ved e/a-forholdet på 1,80.

Holdet belyste yderligere den ferromagnetiske og anti-ferromagnetiske faseudvælgelsesregel for magnetiske interaktioner ved at analysere den relative orientering af magnetiske momenter mellem nærmeste nabo og næste-nærmeste nabo steder.

Professor Tamura tilføjer, at deres resultater åbner nye døre for fremtiden for kondenseret stoffysik. "Disse resultater giver vigtig indsigt i det indviklede samspil mellem magnetiske interaktioner i ikke-Heisenberg Tsai-type AC'er. De lægger grundlaget for at forstå de spændende egenskaber ved ikke kun ikke-Heisenberg AC'er, men også ikke-Heisenberg iQC'er, som endnu ikke er opdaget ."

Sammenfattende driver gennembruddet kondenseret stoffysik og kvasikrystalforskning ind i ukendte territorier, hvilket baner vejen for avanceret elektronisk udstyr og næste generations køleteknologier.

Flere oplysninger: Farid Labib et al., Afsløring af eksotisk magnetisk fasediagram af en ikke-Heisenberg quasikrystal approximant, Materials Today Physics (2023). DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101321

Leveret af Tokyo University of Science