Fizičari predvođeni naučnicima iz regiona otkrili neobično magnetno stanje

Struktura za koju su fizičari očekivali da će otežati nastanak magnetnih vrtloga pokazala se pogodnom za njihovu stabilnost. Međunarodni tim predvođen Mihaelom Grbićem, Ivanom Jakovcem i Ivanom Kupčićem s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu otkrio je u slojevitom materijalu neobično magnetno stanje, saopćio je PMF.

U proučavanom spoju mali magnetni vrtlozi nastaju spontano kada temperatura padne ispod približno -100 °C. Daljnjim hlađenjem njihov broj raste, a ostaju vrlo stabilni sve do oko -230 °C. Pritom se mogu slobodno kretati kroz ravnine materijala.

Rezultati istraživanja objavljeni su u naučnom časopisu Physical Review Letters.

Struktura koja je iznenadila istraživače

Atomi bakra u ovom materijalu raspoređeni su u trouglove koji čine takozvanu kagome strukturu, nalik Davidovoj zvijezdi. U takvom rasporedu magnetne sile međusobno se nadmeću i ne mogu sve istovremeno postići svoje najstabilnije stanje. Ta pojava u fizici nosi naziv frustracija.

Upravo zbog toga istraživači su pretpostavljali da će se magnetni vrtlozi teže formirati. Međutim, pokazalo se da oni ne samo da nastaju nego i opstaju u širokom temperaturnom rasponu.

„Ovo je posebno zanimljivo jer smo magnetske virove pronašli upravo u strukturi u kojoj ih nismo očekivali. Njihova stabilnost u tako širokom temperaturnom području pruža nam novu priliku za razumijevanje BKT stanja u stvarnim materijalima“, ističe Grbić.

BKT stanje dobilo je naziv po istraživačima Berezinskom, Kosterlitzu i Thoulessu. U stvarnim magnetnim materijalima ono je vrlo rijetko, teško ga je uočiti i uglavnom je nestabilno. Dosadašnja opažanja pretežno su bila vezana za posebno izrađene vještačke strukture.

Vrtlozi postoje, ali se njihovi učinci poništavaju

Neobičnost proučavanog materijala ogleda se i u tome što, uprkos prisustvu magnetnih vrtloga, izvana ne pokazuje uobičajenu magnetičnost. Razlog je istovremeno nastajanje vrtloga i antivrtloga, čiji se učinci međusobno poništavaju. Naučnici to opisuju kao svojevrstan „magnetizam bez magnetizma“.

Drugim riječima, unutar materijala koji djeluje nemagnetično postoje mali vrtlozi magnetnog ponašanja, slobodni da se kreću kroz njegove ravnine, a hlađenjem postaju sve brojniji.

Mogućnost takvog ponašanja nagovijestila su i ranija istraživanja. Kada se obični magnet stanji na svega nekoliko atomskih slojeva, njegova magnetičnost postepeno slabi i naposljetku nestaje. Tada se umjesto nje može pojaviti BKT stanje, u kojem vrtlozi i antivrtlozi predstavljaju male magnetne defekte.

Novo otkriće pokazuje da frustrirana magnetna struktura može doprinijeti stabilizaciji ovog rijetkog stanja. Time se otvara dodatni način proučavanja jako koreliranih materijala i mehanizama odgovornih za njihova neuobičajena svojstva.

Frustrirani i jako korelirani materijali posljednjih su decenija među važnim područjima fizike, a ovo istraživanje predstavlja još jedan korak u njihovom razumijevanju. U budućnosti bi takvi materijali mogli biti zanimljivi i za razvoj novih tehnologija.