Кобальт может заменить редкоземельные элементы благодаря выявленному свойству

Фото из открытых источников

Кобальт хорошо известен как ферромагнетик — материал, способный сохранять намагниченность без внешнего магнитного поля. Но новая работа международной группы физиков под кураторством Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца выяснила, что электронная структура этого элемента устроена намного сложнее и интереснее.

Учеными был применён метод спин-разрешенной спектроскопии. Эта методика даёт возможность одновременно замерять энергию, импульс и спин электронов. Эксперименты показывают: в кобальте присутствует сеть узловых линий, то есть, зон, где электронные области пересекаются особым образом. Данные перекрещивания проходят через весь кристалл непрерывно, а не возникают в изолированных точках.

В стандартных материалах электроны движутся, имея какую-то эффективную массу. Электроны кобальта близ узловых линий ведут себя иначе, становясь похожими на безмассовые частицы, типа фотонов света, что даёт им возможность перемещений с огромной скоростью. Эту особенность ранее не наблюдали в обычных ферромагнитных металлах. Важно: существуют такие узловые линии при комнатных температурах, а не только в экстремальной среде.

Главной особенностью кобальта является то, что узловые линии элемента по своей природе являются спин-поляризованными. Изменением направления намагниченности материала при помощи внешнего магнитного поля можно переключать данную спиновую поляризацию. Исследование показало: при изменении направление магнитного поля можно открывать энергетическую щель в месте пересечения зон или полностью контролировать спиновую текстуру узловых линий, при сохранении их уникальных свойств непрерывных зон.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, они дают надежду на то, что кобальт способен стать хорошо регулируемой платформой для применения в будущих информационных технологиях, базирующихся на магнитных квантовых состояниях. Платформа может использоваться для устройств спинтроники, где информацию кодирует не заряд, а спин электронов, открывая пути к более быстрым и энергоэффективным вычислениям.

Магнитные узловые материалы крайне редки в природе, к тому же, в большинстве известных подобные пересечения очень трудно стабилизировать или контролировать. Тем перспективнее открытие новых свойств кобальта.