Исследователи создали «анти-спиновый лед», изменив взаимодействие между частицами в решетке с отталкивания на притяжение. В работе, опубликованной в журнале Nature Communications 1 ноября 2026 года, ученые показали, как это изменение фундаментально трансформирует геометрическую фрустрацию в магнитных системах, заставляя частицы стремиться к максимизации, а не минимизации локальных топологических зарядов.
Ученые меняют правила взаимодействия частиц
Пьетро Тьерно из Университета Барселоны, соавтор исследования, отметил, что работа была мотивирована идеей о том, что изменение знака парного взаимодействия между частицами может кардинально изменить способ возникновения геометрической фрустрации. В новом исследовании ученые использовали частицы диаметром 2,8 микрометра, изготовленные из полистирола с включением зерен оксида железа, и применили частицы, которые притягиваются друг к другу.
Традиционные искусственные спиновые льды строятся на основе массивов магнитов или микроскопических частиц — коллоидов, которые отталкиваются друг от друга. В таких системах частицы стремятся равномерно распределиться вдоль решетки, чтобы минимизировать топологический заряд в узлах. Это поведение имитирует «правило льда», наблюдаемое в обычном водяном льду, где атомы водорода располагаются так, чтобы поддерживать определенный баланс.
В анти-спиновом льду система стремится максимизировать, а не минимизировать локальные топологические заряды.
Пьетро Тьерно, Университет Барселоны
Препятствия в решетке пентагептита
При использовании решетки пентагептита система сталкивается с препятствиями для достижения идеального порядка.
Параметры эксперимента в лаборатории
Согласно данным исследования, параметры эксперимента включали:
- Частота магнитного поля: 50 Гц.
- Амплитуда магнитного поля: 4 мТ.
- Диаметр частиц: 2,8 мкм.
Для создания анти-спинового льда исследователи использовали литографические двойные ямы, заполненные парамагнитными коллоидными частицами. Система подвергалась воздействию вращающегося магнитного поля в плоскости решетки.
Исследование, опубликованное 1 ноября 2026 года, подчеркивает, что выбор знака взаимодействия является определяющим принципом для организации искусственных спиновых систем. Ранее десятилетиями исследования в этой области фокусировались исключительно на отталкивающихся частицах, что делало анти-спиновый лед новым направлением в изучении топологических зарядов и фрустрации в материалах.
Продолжение темы
