Российские и немецкие специалисты раскрыли механизм аномального магнитосопротивления в слоистых кристаллах. Новая методика позволяет предсказывать свойства материалов для будущей электроники.
Ученые из России и Германии создали новую методику, позволяющую предсказывать изменения электрического сопротивления материалов в магнитном поле. Это открытие способствует более глубокому пониманию поведения магнитных кристаллов и помогает проектировать электронные компоненты с заранее заданными характеристиками.
В большинстве металлов магнитное поле приводит к увеличению сопротивления, поскольку сила Лоренца усложняет движение электронов. Однако в некоторых слоистых магнитных материалах наблюдается противоположный эффект: при включении магнитного поля сопротивление уменьшается, и это магнитосопротивление не зависит от направления тока и поля. Долгое время этот феномен оставался без объяснения.
Специалисты из НИТУ МИСИС совместно с отечественными и зарубежными коллегами установили, что разгадка заключается во внутреннем строении кристаллов. В таких материалах соседние атомы ведут себя как магниты, направленные в разные стороны, что приводит к неравномерному распределению электронов между слоями кристалла и их сильному рассеянию на дефектах, увеличивая тем самым сопротивление. При воздействии магнитного поля магнитный порядок ослабевает, электроны распределяются более равномерно, рассеяние уменьшается — и сопротивление падает.
«Созданная модель позволяет не только описать этот процесс, но и вычислить, насколько изменится сопротивление. Более того, на основе таких измерений можно определить важные параметры электронной структуры материала. То есть эффект становится инструментом диагностики взаимодействия магнитного порядка с электронами проводимости», — объясняет Павел Григорьев, профессор кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН.
Модель была протестирована на слоистом антиферромагнитном материале EuSn₂As₂ (соединение европия, олова и мышьяка). Расчеты полностью совпали с экспериментальными данными: теория корректно воспроизводит величину снижения сопротивления и его зависимость от магнитного поля.
По словам эксперта, предложенный механизм универсален и применим к широкому классу слоистых антиферромагнитных металлов. Он объясняет наблюдаемый эффект не как случайную особенность конкретного образца, а как естественное следствие их электронной структуры. Эти результаты имеют особое значение для развития спинтроники — области электроники, в которой для передачи и обработки информации используются не только заряд, но и спин электрона. Понимание того, как магнитный порядок влияет на проводимость, позволяет более точно проектировать и создавать материалы с заранее заданными свойствами.
Фото: hi-tech.mail.ru