Fizičari Mihael Grbić, Ivan Jakovac i Ivan Kupčić s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (PMF) u Zagrebu predvodili su međunarodni tim istraživača koji je otkrio neobično magnetsko stanje u slojevitom frustriranom materijalu, priopćio je u četvrtak PMF.
Istraživači su u materijalu otkrili magnetske virove – male magnetske strukture koje se mogu slobodno gibati kroz ravnine materijala.
Posebno je zanimljivo što se ti virovi pojavljuju spontano pri temperaturama nižima od oko -100 °C, a njihov broj raste kako se materijal dodatno hladi. Također, u ovom su spoju izrazito stabilni te ih se pronalazi u rasponu temperatura do -230 °C.
Ovakvo ponašanje poznato je kao BKT stanje (Berezinskii-Kosterlitz-Thouless, po istraživačima), ali je u realnim magnetskim materijalima vrlo rijetko. Dosad je uglavnom opažano u posebno izrađenim, umjetnim strukturama, dok je u stvarnim materijalima teško uočljivo i obično nestabilno.
Materijal koji su proučavali istraživači, naglasili su, posebno je zanimljiv zbog svoje strukture. Atomi bakra u njemu raspoređeni su u trokute koji tvore tzv. kagome strukturu, nalik Davidovoj zvijezdi.
Takav raspored atoma stvara svojevrsnu "gužvu" magnetskih sila. One se međusobno nadmeću i ne mogu istodobno zadovoljiti sve svoje zahtjeve. Fizičari takvu pojavu nazivaju frustracijom.
Upravo zbog te frustrirane strukture znanstvenici su očekivali da bi nastanak magnetskih virova mogao biti otežan. Umjesto toga, pokazalo se suprotno: virovi se u materijalu pojavljuju i ostaju stabilni.
U materijalu se istovremeno pojavljuju magnetski virovi i antivirovi te je njihov ukupan učinak takav da materijal ne pokazuje uobičajenu magnetičnost. Zato se može govoriti o svojevrsnom "magnetizmu bez magnetizma“.
Pojasnili su kako se može zamisliti kao da se u naizgled nemagnetičnom materijalu pojavljuju mali vrtlozi magnetskog ponašanja. Oni se mogu slobodno kretati kroz ravninu, a njihov broj raste kako se materijal hladi.
Ovakvo ponašanje je predviđeno prijašnjim istraživanjima gdje je uočeno da se svojstva pojedinog sustava mijenjaju kad se smanjuje njegova debljina – stanjivanjem običnog magneta stanjuje do nekoliko atomskih slojeva, magnetizam postaje sve slabiji i u konačnici nestaje. Međutim, umjesto njega nastupa ovo tzv. BKT stanje gdje su pojedini (anti)virovi mali magnetski defekti.
Ovo otkriće je važno jer pokazuje da frustrirana magnetska struktura može pomoći u stabilizaciji ovog vrlo neobičnog stanja. To znanstvenicima daje novi način za razumijevanje ponašanja jako koreliranih materijala i mehanizama koji u njima stvaraju neobična svojstva, naglasili su.
"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 istraživač Grbić.
Istraživanje predstavlja još jedan korak u razumijevanju frustriranih i jako koreliranih materijala, koji su posljednjih desetljeća među važnim područjima istraživanja u fizici. Takvi materijali pokazuju svojstva koja bi u budućnosti mogla biti zanimljiva i za razvoj novih tehnologija.
Rezultati istraživanja objavljeni su u uglednom znanstvenom časopisu Physical Review Letters.
