Британские физики из Уорикского университета обнаружили особую текстуру в сегнетоэлектриках, которая повторяет антисимметрическое расположение спинов кристаллической фазы в ферромагнетиках. При малых масштабах эти материалы и вовсе могут быть практически идентичными. Научная статья о проделанной работе опубликована в журнале Nature.
Ферромагнитные материалы обладают собственным магнитным полем, а сегнетоэлектрические (или ферроэлектрические в англоязычной литературе) — собственным электрическим полем. Несмотря на то что электрическое и магнитное поле связаны, физики считают, что это два разных класса материалов.
Однако новое открытие британских ученых позволяет предположить, что ферромагнетики и сегнетоэлектрики на самом деле являются двумя сторонами одной монеты и по некоторым свойствам похожи друг на друга. В своем исследовании ученые поместили тонкий слой сегнетоэлектрического титаната свинца между слоями ферромагнитного рутената стронция. Каждый из этих слоев был 4 нм в толщину — это всего в два раза толще одной цепи молекулы ДНК. При этом атомы обоих материалов должны были образовать единую кристаллическую структуру.
Затем исследователи изучили образец с помощью просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Ученые ожидали, что на слое титаната свинца образуется несколько доменов с разной электрической поляризацией, причем такая структура напоминала бы соты. На самом же деле домены на этом слое представляли собой сложную топологическую структуру, состоящую из последовательности вихрей, которые, чередуясь, закручивались в разных направлениях. Это поведение аналогично антисимметричному обменному взаимодействию (взаимодействию Дзялошинского — Мория) в ферромагнетиках. Ученые впервые смогли наблюдать нечто подобное в сегнетоэлектриках, хотя это и предсказывалось теоретически.
«Если рассматривать характеристики этих материалов в малых масштабах, разница между ферромагнетизмом и сегнетоэлектричеством становится все менее и менее значимой. Дело может быть в том, что в какой-то момент эти слои объединились в единый материал с уникальными свойствами. Это может быть сугубо искусственным эффектом, а для получения подобных топологических структур может быть достаточно лишь объединить очень малые ферромагнетики и сегнетоэлектрики. Для меня очевидно, что это исследование — пока лишь верхушка айсберга», — прокомментировал профессор Марин Алекс из Уорикского университета, руководитель исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
