Нематические материалы состоят из вытянутых молекул, которые выстраиваются в предпочтительном направлении, но, как и в жидкости, расположены нерегулярно. Наиболее известные нематические материалы — это жидкие кристаллы, которые используются в экранах жидкокристаллических дисплеев (LCD). Однако нематический порядок был обнаружен в широком спектре систем, включая бактериальные суспензии и сверхпроводники.
Группа исследователей под руководством учёных из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики (Berkeley Lab), Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Калифорнийского университета в Санта-Крузе обнаружила нематический порядок в магнитном материале, в котором магнитные спины вещества организованы в спирали, направленные в одном общем направлении.
«Если мы будем рассматривать эти магнитные спирали как объекты, которые выравниваются, то магнетизм соответствует ожиданиям для нематических фаз», — сказала Зои Тамблсон, аспирантка в Berkeley Lab и Калифорнийском университете в Санта-Крузе, которая возглавляла эту работу. «Эти фазы ранее не были известны, и очень интересно видеть, как это обобщается на более широкую область исследований».
Пока этот новый экзотический порядок требует дальнейшего изучения, открытие может однажды привести к новым технологиям, основанным на крошечных магнитных спиралях, а не на обычных жидких кристаллах.
«Если вы сможете контролировать эти странные нематические состояния с винтовым расположением, возможно, вы сможете создавать новые материалы со свойствами по требованию», — сказал соавтор Джошуа Тёрнер, ведущий учёный в SLAC и главный исследователь в Стэнфордском институте наук о материалах и энергетике (SIMES). «Я чувствую, что это только начало».
Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Science Advances.
Команда обнаружила магнитный нематический порядок в специальных плёнках из германида железа, которые были выращены в сотрудничестве Калифорнийского университета в Беркли и Berkeley Lab. В этих плёнках отсутствовал кристаллический порядок, обычно наблюдаемый в этом материале.
«Наше открытие магнитной нематической фазы является примером новой экзотической фазы в аморфном германиде железа», — сказал соавтор Суджой Рой, научный сотрудник Berkeley Lab. «Эта работа является частью более широких исследований нашей группы, направленных на понимание флуктуаций в магнитных материалах, которые могут привести к достижениям в области хранения информации и других микроэлектронных приложений».
Чтобы определить расположение и движение магнитных спиралей в плёнках, исследователи доставили их в два разных источника рентгеновского излучения — Линейный источник когерентного света (LCLS) в SLAC и передовой источник света (ALS) в Berkeley Lab, где они пропускали рентгеновские лучи через плёнки и измеряли их рассеяние.
Используя уникальные возможности обоих источников света, они обнаружили движения магнитных спиралей в двух совершенно разных временных масштабах: одно происходило в триллион раз быстрее другого. В LCLS они измерили быстрые движения, происходящие в миллиардные доли секунды, или наносекунды. В ALS они наблюдали более медленные движения, происходящие в течение сотен секунд.
«Эта работа действительно не была бы возможна без сотрудничества между SLAC и Berkeley Lab», — сказала Тамблсон.
Вместе результаты, полученные с помощью обоих источников света, дают исследователям первое представление о сложных движениях, участвующих в этом магнитном нематическом порядке. Будущие измерения могут исследовать либо движение в масштабах времени между двумя исследованными в этой работе, либо на ещё более быстрых временных масштабах с недавним обновлением в LCLS.
«Эти измерения в очень разных временных масштабах объединяются, чтобы предоставить нам действительно интересную картину. Это загадочно и указывает на то, что здесь происходит гораздо больше, чем предполагалось ранее», — сказал Тёрнер. «Но мы фиксируем лишь узкую часть происходящего».
Предоставлено SLAC National Accelerator Laboratory
magnetic material, in which the magnetic spins of the material are arranged into coils pointing in the same general direction.”,”\”If we think of these magnetic helices as the objects that are aligning, the magnetism follows expectations for nematic phases,\” said Zoey Tumbleson, a graduate student at Berkeley Lab and the University of California, Santa Cruz, who led this work. \”These phases were not previously known and it’s very exciting to see this generalized to a wider field of study.\””,”While this new exotic order needs further study, the discovery could one day lead to future technology based on tiny magnetic helices rather than conventional liquid crystals.”,”\”If you can control these weird helical nematic states, maybe you could build new materials with on-demand properties,\” said co-author Joshua Turner, a lead scientist at SLAC and principal investigator at the Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES). \”I feel like this is just the beginning.\””,”The researchers reported their findings in Science Advances.”,”The team found the magnetic nematic order in special films of iron germanide that were grown by the collaboration at the University of California, Berkeley, and Berkeley Lab. These films lacked the crystalline order typically seen in this material.”,”\”Our discovery of a magnetic nematic phase is an example of a new exotic phase in amorphous iron germanide,\” said co-author Sujoy Roy, a staff scientist at Berkeley Lab. \”This work is part of our group’s broader research effort into understanding fluctuations in magnetic materials, which could lead to advancements in information storage and other microelectronic applications.\””,”To determine the arrangement and motions of the magnetic coils in the films, the researchers brought them to two different X-ray light sources—the Linac Coherent Light Source (LCLS) at SLAC and the Advanced Light Source (ALS) at Berkeley Lab—where they shot X-rays through the films and measured how they scattered.”,”Using both light sources’ unique capabilities, they discovered motions of the magnetic coils at two vastly different timescales, one being a trillion times faster than the other. At LCLS, they measured rapid motions occurring within billionths of a second, or nanoseconds. At ALS, they observed slower motions happening over hundreds of seconds.”,”\”This work truly would not have come together without the collaboration between SLAC and Berkeley Lab,\” Tumbleson said.”,”Together, the findings from both light sources give researchers a first glimpse of the complicated motions involved in this magnetic nematic order. Future measurements could investigate either the motion on timescales between the two investigated in this work, or at even faster timescales with the recent upgrade at LCLS.”,”\”These measurements at very different timescales combine to provide us with this really interesting picture. It’s mysterious and points to much more occurring here than previously understood,\” Turner said. \”But we’re only capturing a narrow sliver of what’s happening.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tSLAC National Accelerator Laboratory\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Atomic and Condensed Matter\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник