Квазикристаллы (КК) имеют своеобразную структуру с интересным расположением атомов. Хотя внешне они похожи на кристаллы, в атомном масштабе им не хватает периодичности, несмотря на то, что они упорядочены. Такое структурное расположение придает квазикристаллам симметрию и другие особые свойства, отсутствующие в кристаллах. В частности, икосаэдрические КК (i КК), имеющие особую геометрическую структуру, проявляют интересные магнитные свойства.
В ходе недавнего прорыва исследовательская группа под руководством профессора Рюдзи Тамура из Токийского научного университета (TUS) обнаружила ферромагнитный порядок в QC золото-галлий-гадолиний и золото-галлий-тербий i. Однако эти i-КК не подходили для дальнейшего изучения ферромагнетизма в i-КК, поскольку они также содержали большую долю аппроксимантной кристаллической (АК) фазы.
AC имеют структуру, аналогичную QC, но, поскольку они также являются магнитными, это мешает исследованиям магнетизма только фазы QC.
Чтобы восполнить этот пробел, группа профессора Тамуры синтезировала новый золото-галлий-диспрозий (Au-Ga-Dy) i QC. По словам профессора Тамуры, «QC Au-Ga-Dy i является ферромагнитным, легко настраиваемым и имеет высокую фазовую чистоту».
Исследовательская группа, в которую входили г-н Рио Такеучи и доктор Фарид Лабиб из TUS, опубликовала свои выводы в журнале Physical Review Letters. Эта статья была выбрана в качестве предложения редакции.
Новые i-КК были изготовлены с использованием исходных сплавов, содержащих 15 % Dy, 62–68 % Au и 23–17 % Ga. Исходные сплавы были синтезированы методом дуговой плавки с последующей быстрой закалкой. Полученные i КК исследовали методами порошковой рентгеновской дифракции, электронной микроскопии , электронографии и измерений магнитной восприимчивости.
Исследователи обнаружили, что синтезированный i QC был поликристаллическим с высокочистой ферромагнитной фазой. Кроме того, они смогли описать природу ферромагнитного перехода, подобную среднему полю.
Исследователи также обнаружили, что новые QC i демонстрируют максимальную температуру Вейсса, важный параметр ферромагнитного перехода, при соотношении электронов на атом (e/a) 1,70, что согласуется с предыдущими выводами для AC. Это открытие демонстрирует, что магнитные свойства i КК могут быть хорошо настроены с использованием температуры Вейсса и отношения e/a (параметр, который указывает на изменение энергии Ферми i КК).
Кроме того, эти результаты показывают, что баланс ферромагнитных и антиферромагнитных взаимодействий, а также наличие экзотических магнитных порядков можно настроить в i-КК, сдвигая энергию Ферми или регулируя отношение e/a.
«Открытие чистых перестраиваемых ферромагнитных квазикристаллов может произвести революцию и расширить академическую систему, основанную на кристаллах. Применение наших результатов к текущей теоретической работе в этой области, например, в области некомпланарных конфигураций спинов, таких как ежик и вихрь конфигураций, может привести к различным нетривиальным физическим свойствам в i КК, включая аномальные и топологические эффекты Холла», — заключает профессор Тамура.
Эти открытия прокладывают путь к новым границам магнитных материалов и способствуют развитию таких технологий, как хранение магнитных данных, спинтроника и магнитные датчики.
