Все новости

В России создали кристаллы для сверхбыстрой магнитно-оптической памяти

Их необычные свойства проявляются благодаря эффекту Яна – Теллера

ТАСС, 2 июля. Ученые нашли у кристаллов из соединения железа, кислорода и бария с вкраплениями титана необычные физические свойства, благодаря которым их можно использовать для создания сверхбыстрой памяти для компьютеров. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на статью в журнале Scientific Reports.

"Мы впервые обнаружили новый механизм формирования подрешетки ян–теллеровских центров: ее образуют не атомы примеси, как это обычно происходит, а часть атомов исходного кристалла", – пояснил один из авторов исследования, профессор Уральского федерального университета Владимир Гудков.

Так называемый эффект Яна – Теллера возникает в особых кристаллических материалах, в которых электроны и атомы расположены и взаимодействуют друг с другом таким образом, что их движения и конфигурация очень сильно влияют на структуру всего кристалла в целом.

Их взаимодействия, как выяснили физики-теоретики Эдвард Теллер и Герман Ян в 1937 году, в некоторых случаях будут настолько сильными, что они будут искажать структуру кристалла. Из-за этого он будет принимать "неправильную" форму, которая нарушает симметрию и не предсказывается классическими принципами кристаллографии.

Гудков и его коллеги по УрФУ и МФТИ  открыли необычный пример этого эффекта, изучая физические свойства кристаллов гексаферрита бария с вкраплениями атомов титана.

Этот материал относится к числу так называемых мультиферроиков, у которых есть одновременно и ферроэлектрические, и ферромагнитные свойства. Положением электронов внутри них можно управлять разными способами, используя электрические или магнитные поля. Из-за этого ученые считают их одним из самых перспективных материалов для создания сверхбыстрой памяти, компонентов квантовых компьютеров и других перспективных вычислительных устройств.

Основа компьютеров будущего

Российские исследователи решили изучить, как меняется поведение кристаллов гексаферрита бария, если внутри них появятся атомы, не похожие по свойствам на железо, кислород или барий. Как правило, из-за подобных примесей образуются так называемые центры Яна – Теллера, в которых проявляется одноименный эффект.

Профессор Гудков и его коллеги обнаружили, что в гексаферрите бария этот эффект возникал, однако его существование было обусловлено не появлением атомов титана, а другими физическими процессами. 

Детально изучив их расположение и свойства с помощью ультразвука и терагерцового излучения, физики пришли к выводу, что причиной этих дефектов был не титан, а атомы железа. Это было связано с тем, что появление титана внутри кристаллов заставило часть атомов железа поменять степень их окисления. В результате произошла перестройка в конфигурации их электронных оболочек и электроны внутри кристаллов перераспределились.

Благодаря этому в кристалле гексаферрита бария появляется своеобразная решетка из центров Яна – Теллера, которая придает ему ряд необычных свойств. В частности, ученые предполагают, что их магнитными свойствами теперь можно управлять с помощью электромагнитных волн, в том числе терагерцовым излучением.

В перспективе благодаря этому такие кристаллы можно использовать для создания сверхбыстрой магнитно-оптической памяти, которая могла бы считывать и записывать данные за триллионные доли секунды. Как надеются ученые, в ближайшее время открытый ими материал найдет практическое применение как в этой области, так и в других сферах науки и техники.