Совместные исследования ученых из США и Великобритании позволили приблизиться к пониманию природы антиферромагнетиков. Результаты работ опубликованы в журнале Nature. Ученые из Центра нанотехнологии в Лондоне (London Centre for Nanotechnology), Чикагского университета (University of Chicago) и Центра наноматериалов Аргонской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) впервые использовали рентгеновскую спектрометрию для изучения природы антиферромагнетиков.

В отличие от обычных магнетиков, антиферромагнетики (например, хром) обладают скрытым магнетизмом, не детектируемым на макроскопическом уровне. Поскольку магнитные моменты их атомов или ионов сильно локализованы и разупорядочены, то в целом материал не проявляет магнитных свойств.

Профессор Габриэль Аеппли (Gabriel Aeppli), директор Центра нанотехнологии в Лондоне, объяснил: «Человечество было знакомо с ферромагнетиками в течение долгих лет и нашло им множество повседневных применений, начиная с материалов для электродвигателей и заканчивая хранением информации на жестких дисках. Мы не смогли так же эффективно использовать антиферромагнетики, поскольку до сих пор не была ясна их физическая природа».

Магнитные свойства ферромагнетиков были еще известны мыслителям Древней Греции, что позволило им создать прообраз современной теории, работающей с понятием о магнитных доменах. Однако антиферромагнетики оставались загадкой, их внутренняя структура была слишком сложна для изучения.

Необходимо отметить, что размеры внутренних доменов антиферромагнетиков такого же порядка, что и длины волн излучения в рентгеновской спектроскопии (менее 10 нм). Последние исследования используют рентгеновскую спектроскопию для получения качественных моделей, голограмм, которые несут в себе уникальную информацию о структуре отдельных магнитных доменов.

Эрик Д. Исаакс (Eric D. Isaacs), директор Центра наноматериалов АНЛ, пояснил: «После открытия рентгеновского излучения прошло более 100 лет и его использование для получения голографических изображений мельчайших движущихся объектов, таких как магнитные домены, было мечтой многих ученых и инженеров. Однако стало возможным только в последние годы, благодаря появлению источников когерентного рентгеновского излучения, например, Advanced Photon Source. Будущее данного направления можно считать очень перспективным в связи с развитием источников полностью когерентного рентгеновского излучения, так называемых Free Electron Lasers».

Проведенные исследования показали также, что домены перемещаются со временем даже при низких температурах. Наиболее вероятное объяснение в скором времени можно найти, если принять во внимание квантово-механическую природу явления. Как надеются исследователи, антиферромагнетики будут использоваться в новых технологиях, в том числе, для организации квантовых вычислений.

«Главный вывод нашего исследования заключается в открытии стабильности доменных границ в антиферромагнетиках, – сообщил Олег Шпурко, автор публикации и исследователь Центра наноматериалов. – Понимание данного явления – первый шаг на пути использования антиферромагнетиков в микроскопических устройствах».