Почти как жидкий металл из «Терминатора», но с другой физикой: учёные обнаружили необычное состояние редкоземельного соединения

Учёные обнаружили в соединении иттербия, марганца и висмута YbMnBi₂ состояние, в котором магнитный порядок уже исчезает, но спины не превращаются в полный хаос. Они продолжают колебаться преимущественно в определённых направлениях, напоминая поведение молекул жидкого кристалла.

Необычное поведение проявляется примерно при 400 К — около 127 °C. Для сравнения, обычный магнит после перехода через температуру магнитного упорядочения теряет направленную структуру спинов. В YbMnBi₂ дальний магнитный порядок исчезает, но флуктуации сохраняют предпочтительные направления в плоскости кристалла. Поэтому исследователи называют состояние динамическим спиновым нематиком — по аналогии с жидкими кристаллами. При дальнейшем охлаждении ниже температуры Нееля около 290 К эти возбуждения переходят в другое состояние.

Нейтронные эксперименты также поставили под сомнение прежнее объяснение необычного аномального эффекта Холла в YbMnBi₂. Предполагалось, что он связан с небольшим наклоном спинов марганца, однако измерения показали практически коллинеарную структуру. При этом замена магнитного иттербия на немагнитный кальций в близком соединении CaMnBi₂ полностью убрала необычные направленные флуктуации. Это указывает на существенную роль ионов иттербия: их магнитные моменты взаимодействуют со спинами марганца и под действием внешнего поля могут влиять на движение электронов.

Именно эта связь может объяснить необычно большой аномальный эффект Холла, при котором поперечное напряжение возникает благодаря магнитным свойствам материала. Расчёты исследователей связывают его с появлением скалярной спиновой хиральности — коллективной конфигурации нескольких спинов. Практическое применение пока не следует из самой работы, но результат показывает, что для управления движением электронов необязательно иметь обычный магнитный порядок.

Источник: rice.edu