Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории обнаружили в магнитном материале экзотическое состояние материи, которое они поэтично назвали «наполовину лед, наполовину пламя». Эта уникальная фаза сочетает в себе упорядоченные и неупорядоченные спины электронов.
Физики Вэйго Инь и Алексей Цвелик описали поведение магнитного материала, в котором высокоупорядоченные «ледяные» спины образуют стабильную структуру, тогда как высоконеупорядоченные «горячие» остаются в хаотичном движении. Наблюдение противоречит классическим представлениям о фазовых переходах и показывает, что система может находиться в двух противоположных состояниях одновременно.
Открытие сделали при изучении одномерной модели ферримагнитного материала. Особенность новой фазы — способность переключаться между состояниями при конечной температуре, что ранее считалось невозможным. Это явление, как считают ученые, может однажды найти применение в энергетике и информационных технологиях.
Исследование продолжает серию работ, начатых в 2012 году, когда ученые изучали магнитные свойства соединения стронция, меди, иридия и кислорода. Тогда им удалось описать состояние, получившее название «наполовину пламя, наполовину лед», а новое открытие стало его термодинамической противоположностью.
На изображении показана графическая интерпретация состояний «полулед, полуогонь» и «полуогонь, полулед» (слева). График (справа) показывает изменение магнитной энтропии в магнитном поле (h) в зависимости от температуры (T). Изображение: Brookhaven National Laboratory
По словам Вэйго Иня, это прорыв в физике конденсированных сред. Возможность резкого переключения фаз с изменением магнитной энтропии может быть использована, например, в системах охлаждения и в создании новых типов квантовых битов. Такие материалы перспективны для спинтроники — направления, которое изучает использование спина электрона в вычислениях.
Следующим шагом ученых станет исследование этого явления в более сложных квантовых системах. Физики надеются, что это позволит глубже понять природу материи и открыть новые классы функциональных материалов.
