Магнит – не магнит – опять магнит

Исследователи из университета Страсбурга, университета Хиросимы и Национального центра научных исследований Франции впервые синтезировали кристаллы, способные к обратимому и непрерывному изменению магнитных свойств («Inorganic Chemistry», 2016, 55, 6, 3047—3057, doi: 10.1021/acs.inorgchem.5b02956). В последнее время исследователи проявляют интерес к разработке магнитных материалов нового типа, которые могут оказаться полезными для создания следующего поколения устройств, которые могли бы работать дольше, потребляя при этом меньше энергии.

Обычные постоянные магниты (например, те, которые висят на холодильнике и напоминают нам о местах, где побывали мы или наши родственники) делают из металлов или оксидов металлов. Магниты нового поколения изготовлены из органических молекул, а их магнитные свойства варьируются от ферримагнитного состояния (когда вещество обладает высокой напряженностью магнитного поля) до состояния спинового стекла (слабое магнитное состояние). Магнитные свойства материалов меняются из-за того, что меняется строение органических молекул.

Исследователи из Хиросимы обнаружили, что полученные в разное время года органические магниты серьезно различались по магнитным свойствам, хотя их кристаллическая структура не менялась. Они предположили, что причина во влажности — в Хиросиме она существенно изменяется в зависимости от времени года, и в лабораториях тоже. Гипотезу подтвердили, получив кристаллы в условиях контролируемой влажности и температуры, — в разных условиях образовались два материала с различными магнитными свойствами (ферримагнетики или спиновое стекло). Еще интереснее, что оба эти материала обратимо переходят друг в друга при изменении условий, становясь то сильными, то слабыми магнитами. Это первый пример обратимого недискретного многократного перехода между магнитными состояниями материала.

Как оказалось, кристаллы поглощают воду из влажного воздуха, что незначительно изменяет параметры кристаллической решетки. Эти изменения и служат причиной постепенного перехода от ферримагнитного состояния к состоянию спинового стекла. А повысив давление, можно изменить магнитные свойства в обратную сторону.

Еще немаловажная деталь: полученное вещество может формировать два типа кристаллической решетки — они аналогичны по параметрам, но относятся друг к другу как зеркальные отражения (то есть материал хирален). Оба материала способны превращаться из ферримагнетика в спиновое стекло и обратно, что в перспективе делает возможным применение в тех областях, где нужны только хиральные молекулы с их уникальными биохимическими и оптическими свойствами. Одна из таких областей — спинтронные устройства (то есть устройства, в которых для физического представления информации используется не только заряд, но и спин электрона). Для их работы, естественно, нужны спин-поляризованные электроны, которые могут генерироваться только в оптически активных системах.