Физики Университета Торонто обнаружили необычный магнитный порядок с восемью полюсами вместо привычных двух. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и открывает путь к созданию элементов памяти с возможностью управляемого чтения и записи на основе мультиполярного магнетизма.
Команда учёных выявила внутри кристаллической структуры материал с октупольным магнетизмом (octupolar magnetism) — состоянием, которое ранее оставалось скрытым от стандартных методов обнаружения.
От диполя к октуполю
Обычный магнетизм — это дипольный порядок с северным и южным полюсами. Физики давно предсказывали существование более сложных мультиполярных магнитных состояний, но они «прятались» от традиционных детекторов.
Мы идентифицировали новые сигнатуры скрытого типа магнитного состояния, которое невозможно обнаружить с помощью обычных зондов.
— профессор Арун Парамеканти, руководитель исследования.
Роль киральных фононов
Ключом к обнаружению октупольного порядка стали киральные фононы — атомные вибрации с «леворукостью» или «праворукостью», как у перчаток разного фасона. Учёные направляли на кристалл вращающийся поляризованный свет, вызывая специфические колебания атомов, а затем анализировали «оптический отпечаток» — изменение поляризации рассеянного света.
Стало ясно, что появление октупольного порядка придаёт этим фононам измеримую киральность, позволяя «увидеть» скрытый магнетизм.
Эти вибрации открывают новый способ идентификации и изучения скрытых магнитных состояний.
— Свати Чаудхари, научный сотрудник и соавтор исследования.
Рори Сатклифф, кандидат философии и соавтор работы, отметил, что киральные фононы имеют «правую» и «левую» формы, которые не совпадают между собой, и именно это различие важно для их обнаружения.
Наше исследование предлагает новый оптический метод обнаружения скрытых магнитных порядков и закладывает основу для управления октупольным магнетизмом с помощью атомных колебаний.
— Кэтлин Харт, кандидат философии и соавтор исследования.
Предложенная техника не только позволяет наблюдать экзотический магнетизм, но и в перспективе может стать инструментом его манипулирования для нужд квантовых технологий.
