В решении старой загадки магнетизма наконец поставлена точка

Фундаментальная загадка, не дававшая покоя ученым более, чем 70 лет, наконец-то решена.

Международная группа исследователей обнаружила тонкие электронные эффекты, проявляющиеся у минерала магнетита (Fe₂O₃), наиболее магнитного из существующих в естественных природных условиях минералов.

Обнаруженный эффект вызывает значительные изменения в структуре материала, обуславливающие электропроводность этого материала, появляющуюся при низких температурах.

Результаты нового открытия не только позволяют посмотреть на минерал, на примере которого было обнаружено явление магнетизма, с новой, неожиданной стороны, но и позволит использовать магнетит и его аналоги в новых приложениях.

Свойства магнетита известны уже более двух тысячелетий, эти свойств в свое время позволили разработать две концепции – магнитов и магнетизма. Десятилетиями магнетит использовался в качестве объекта, на базе которого разрабатывались синтетические магнитные материалы для записи и хранения и информации.

Рис. 1. Распределение состояний Fe²⁺ и
Fe³⁺ (соответственно, синие и желтые сферы)
в первом приближении модели Фервея. (Рисунок из Nature,
2011; DOI: 10.1038/nature10704).

В 1939 году голландский физико-химик Эверт Фервей (Evert Verwey) обнаружил, что электропроводность магнетита существенно и резко понижается при низких температурах.

Так, при температуре 125 Кельвинов минерал, обладающий металлической проводимостью, превращается в изолирующий материал.

До настоящего момента неоднократно предпринимавшиеся попытки найти объяснение причинам этого перехода могли приводить к прямо противоположным интерпретациям, и были причиной научных дискуссий.

Группа исследователей из Университета Эдинбурга и Европейской установки синхротронного излучения (Гренобль, Франция) при низких температурах облучали небольшой кристалл магнетита рентгеновским излучением высокой интенсивности.

Полученные результаты позволили им наблюдать незначительные перегруппировки, происходящие в электронном строении минерала – электроны «фиксируются» в группах из трех атомов железа и теряют способность обеспечивать электропроводность.

Руководитель исследования, профессор Пол Эттфилд (Paul Attfield) отмечает, что, скорее всего, загадка фундаментальной природы магнитного материала естественного происхождения разгадана, эти же особенности фундаментальной природы обуславливают свойства и искусственных магнитных материалов.

Исследователь полагает, что важная информация о низкотемпературных электронных переходах в магнетите может оказаться полезной в том числе и для разработки будущих электронных и магнитных технологий.

Источник(и):

1. chemport.ru