Учёные создали «анти-спиновый лёд»: частицы ведут себя наоборот

Исследователи из Университета Барселоны впервые реализовали анти-спиновый лёд — систему, которая нарушает правило льда, действующее в обычных спиновых льдах. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications. Данную информацию сообщает портал Phys.org.

В обычных спиновых льдах частицы отталкиваются и стремятся минимизировать локальный топологический заряд. В новой работе учёные использовали притягивающиеся частицы и обнаружили, что система, наоборот, максимизирует заряды. Это меняет понимание геометрической фрустрации — состояния, при котором конкурирующие взаимодействия не могут быть удовлетворены одновременно.

Эксперименты проводились с коллоидными частицами диаметром 2,8 микрометра из полистирола с включениями оксида железа. Вращающееся магнитное поле заставляло частицы притягиваться. В решётках с квадратной и сотовой структурой заряды выстраивались в шахматном порядке. Однако на пентагептитовой решётке, состоящей из пяти- и семиугольных петель, идеальное чередование оказалось невозможным: примерно одна из четырёх вершин всегда оставалась с низким зарядом.

Соавтор исследования Пьетро Тьерно отметил, что изменение знака парного взаимодействия с отталкивания на притяжение полностью меняет способ возникновения фрустрации. В перспективе управление ориентацией магнитного поля позволит программировать поведение системы — переключать её между обычным и анти-спиновым льдом. Это может быть применено в наномагнитных, сверхпроводящих и метаматериальных платформах.