В работе под названием "Neutron scattering uncovers spiral magnetic structure in layered perovskites", опубликованной в Communications Materials, описаны исследования слоистых перовскитов типа YBaCuFeO5 из семейства RBaCuFeO5. Эти соединения относятся к классу мультиферроиков, которые совмещают электрическую и магнитную упорядоченность и при этом сохраняют подобное поведение при комнатной температуре.
Мультиферроики востребованы благодаря потенциальному применению в энергосберегающих компонентах для хранения и передачи данных, а также в элементах квантовых вычислений. Нейтроны с собственным магнитным дипольным моментом позволяют обнаруживать магнитные структуры на атомном уровне, поэтому методы нейтронного рассеяния играют ключевую роль в изучении таких материалов.
Определяющие эксперименты проводились во Франции, в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL, Гренобль), где для анализа монокристаллов использовались пять инструментов: Orient Express, Cyclops, D10, D9 и D3. Дополнительные возможности предоставляла технология поляризованных нейтронов, важная для точного выявления спиральной магнитной структуры. Подготовка монокристаллов осуществлялась в Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC, Испания).
По словам ведущего исследователя J. Alberto Rodríguez-Velamazán, отвечающего за установку D3, «это исследование устранило принципиальные неясности, восполнив пробел, возникший из-за отсутствия исследований на монокристаллах». Подчеркивается, что предшествующие данные с порошковых образцов не могли однозначно подтвердить наличие спирали из-за возможной синусоидальной модуляции спинов.
Особый интерес вызвал механизм под названием "Spiral order by disorder", согласно которому катионное разупорядочение (Cu/Fe) стабилизирует спиральный магнитный порядок при повышенных температурах. «Наши результаты не только подтверждают, что магнитный порядок в нашем кристалле является спиральным, но и демонстрируют, что катионное разупорядочение отвечает за стабилизацию этой спиральной структуры. Этот вывод распространяется и на образцы семейства перовскитов, где подобное упорядочение наблюдалось при температурах значительно выше комнатной в порошковых пробах», — отмечает Rodríguez-Velamazán.
Спиральное магнитное упорядочение в таких системах дает возможность управлять магнитным состоянием с помощью электрического поля при значительно меньших энергетических затратах. Подобный магнитодиэлектрический отклик сохраняется благодаря спиральной конфигурации спинов, способной индуцировать ферроэлектричность.
Сочетание электрических и магнитных свойств у YBaCuFeO5 объясняет перспективы использования мультиферроиков для будущих энергоэффективных устройств хранения и передачи данных. Стойкость спиральной структуры при комнатной температуре делает подобные материалы особенно привлекательными для разработки квантовых элементов, где соединение магнитного и электрического управляющих сигналов обеспечивает высокую стабильность.
Переход от порошковой дифракции к нейтронным экспериментам на монокристаллах позволил окончательно подтвердить, что именно спиральная магнитная структура объясняет наблюдающийся магнитоэлектрический эффект вплоть до комнатных условий. Полученные результаты служат основой для дальнейших разработок в области высокотемпературных мультиферроиков семейства RBaCuFeO5 и дают ценные ориентиры для будущих технологий.
Изображение носит иллюстративный характер
Мультиферроики востребованы благодаря потенциальному применению в энергосберегающих компонентах для хранения и передачи данных, а также в элементах квантовых вычислений. Нейтроны с собственным магнитным дипольным моментом позволяют обнаруживать магнитные структуры на атомном уровне, поэтому методы нейтронного рассеяния играют ключевую роль в изучении таких материалов.
Определяющие эксперименты проводились во Франции, в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL, Гренобль), где для анализа монокристаллов использовались пять инструментов: Orient Express, Cyclops, D10, D9 и D3. Дополнительные возможности предоставляла технология поляризованных нейтронов, важная для точного выявления спиральной магнитной структуры. Подготовка монокристаллов осуществлялась в Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC, Испания).
По словам ведущего исследователя J. Alberto Rodríguez-Velamazán, отвечающего за установку D3, «это исследование устранило принципиальные неясности, восполнив пробел, возникший из-за отсутствия исследований на монокристаллах». Подчеркивается, что предшествующие данные с порошковых образцов не могли однозначно подтвердить наличие спирали из-за возможной синусоидальной модуляции спинов.
Особый интерес вызвал механизм под названием "Spiral order by disorder", согласно которому катионное разупорядочение (Cu/Fe) стабилизирует спиральный магнитный порядок при повышенных температурах. «Наши результаты не только подтверждают, что магнитный порядок в нашем кристалле является спиральным, но и демонстрируют, что катионное разупорядочение отвечает за стабилизацию этой спиральной структуры. Этот вывод распространяется и на образцы семейства перовскитов, где подобное упорядочение наблюдалось при температурах значительно выше комнатной в порошковых пробах», — отмечает Rodríguez-Velamazán.
Спиральное магнитное упорядочение в таких системах дает возможность управлять магнитным состоянием с помощью электрического поля при значительно меньших энергетических затратах. Подобный магнитодиэлектрический отклик сохраняется благодаря спиральной конфигурации спинов, способной индуцировать ферроэлектричность.
Сочетание электрических и магнитных свойств у YBaCuFeO5 объясняет перспективы использования мультиферроиков для будущих энергоэффективных устройств хранения и передачи данных. Стойкость спиральной структуры при комнатной температуре делает подобные материалы особенно привлекательными для разработки квантовых элементов, где соединение магнитного и электрического управляющих сигналов обеспечивает высокую стабильность.
Переход от порошковой дифракции к нейтронным экспериментам на монокристаллах позволил окончательно подтвердить, что именно спиральная магнитная структура объясняет наблюдающийся магнитоэлектрический эффект вплоть до комнатных условий. Полученные результаты служат основой для дальнейших разработок в области высокотемпературных мультиферроиков семейства RBaCuFeO5 и дают ценные ориентиры для будущих технологий.
