Физики открыли квантовый эффект, который заставляет атом непрерывно «вращаться»
Исследователи впервые наблюдали «спинарон» — непрерывное изменение направления спина атома под воздействием магнитного поля. Немецкие физики наблюдали необычное состояние, которое атом кобальта принимает на поверхности меди в экстремальных условиях. Непрерывные изменения под воздействием магнитного поля направления спина атома кобальта генерируют «рябь», которая распространяется в металле. Открытие бросает вызов эффекту Кондо — стандартной модели взаимодействия магнитных материалов с металлами.
В своем эксперименте ученые разместили отдельные атомы кобальта на поверхности меди и снизили температуру до 1,4 К (-271,75° С). Используя силу интенсивного внешнего магнитного поля и железный наконечник сканирующего туннельного микроскопа, физики определили магнитную ориентацию спина атома кобальта. Его направление не было зафиксировано, а постоянно переключалось от положительного к отрицательному и обратно. Такое переключение возбуждало электроны меди.
«Эта комбинация изменяющейся намагниченности атома кобальта и связанных с ним электронов меди и есть спинарон», — объясняет Матиас Боде, соавтор исследования.
atom1.pngИллюстрация эффекта: спин (синяя стрелка) атома кобальта (красный шар) постоянно «вращается» как мяч для регби, генерируя «рябь», которая распространяется в меди (белые шары). Изображение: Juba Bouaziz / Ulrich Puhlfürst
С 1960-х годов физики твердого тела предположили, что взаимодействие между кобальтом и медью можно объяснить эффектом Кондо, при котором различные магнитные ориентации атома кобальта и электронов меди компенсируют друг друга. Это приводит к состоянию, в котором электроны меди связываются с атомом кобальта, образуя «облако Кондо».
Первое экспериментальное подтверждение эффекта спинарона, любезно предоставленное командой Вюрцбурга, ставит под сомнение эффект Кондо. При спинаронном эффекте атом кобальта остается в постоянном движении, сохраняя магнитную сущность, несмотря на взаимодействие с электронами. С другой стороны, при эффекте Кондо магнитный момент нейтрализуется взаимодействием электронов.
«Наше открытие важно для понимания физики магнитных моментов на металлических поверхностях», — добавляет Боде.
Анализ этого явления может в будущем проложить путь к магнитному кодированию и транспортировке информации в новых типах электронных устройств спинтроники.
