Молекулярные магниты для информационных технологий — новый исследовательский проект БФУ им. И. Канта

Профессор-исследователь БФУ им. И. Канта, главный научный сотрудник Института проблем химической физики РАН в Черноголовке, д.ф.-м.н., профессор РАН Роман Моргунов изучает молекулярные магниты, применимые в информационных технологиях. В отличие от обычных магнитов, где намагниченности каждого соседнего атома связаны прямыми взаимодействиями между ними, в исследуемых кристаллах информация о намагниченности одного атома металла передается другому через длинную цепочку немагнитных атомов.

Роман Моргунов:

«В результате в кристалле образуется экзотическая магнитная структура, в которой направление спинов (элементарных магнитных моментов) атомов и их чередование сильно отличается от геометрии атомной структуры. В частности, были использованы такие цепочки химических элементов, которые обеспечивали спиральную структуру распределения направлений спинов. Поэтому кристаллы называются хиральными (у них отсутствует симметрия относительно правой и левой стороны). Закрученность цепочек вправо соответствует правой хиральности. Такая структура приводит к необычным магнитным свойствам. В привычных магнитах перемагничивание достигается путем движения границы между областями противоположной намагниченности, называемой доменной стенкой. В результате область с намагниченностью вдоль внешнего магнитного поля «пожирает» постепенно область с обратной намагниченностью. Но это в обычных кристаллах».

В ходе исследований ученые обнаружили, что помимо этого процесса в кристалле зарождаются уединенные спиновые возбуждения — спиновые солитоны, которые можно представить себе как «ежики» из спинов, которые двигаются по кристаллу, проходят друг через друга и обладают многими удивительными свойствами.

Актуальность работы исследователя связана с поиском новых типов магнитов и способов управления их намагниченностью. В частности, магнитохиральные кристаллы, позволяющие различать «лево» и «право» в магнетизме являются основой для приборов магнитной логики. В них хиральность определенного знака отвечает записи логического нуля или единицы.

«Таким образом, развитие знаний о таких материалах продвигает информационные технологии, основанные на новых принципах. В частности, обратимое перемагничивание магнитных хиральных элементов требует столь малой энергии, что она близка к теоретически достижимому минимуму, отвечающему лишь изменению степени беспорядка в системе (принцип Ландауэра). Другой практический аспект работы связан с тем, что магнитные солитоны сами являются эффективным средством передачи информации и могут быть использованы для ее кодирования», — отметил Роман Моргунов.

Результаты исследования были опубликованы в статье «Анализ перемагничивания и магнитной анизотропии хиральных молекулярных кристаллов K0.4[cr(CN)6][mn(S)-pn] (S)-pnH0.6 с разрешением во времени» престижного научного журнала «Journal of Physics: Condensed Matter» в соавторстве с доктором физико-математических наук, научным сотрудником ИПХФ РАН (Черноголовка), ранее приглашенным научным сотрудником БФУ им. И. Канта Оксаной Коплак и кандидатом физико-математических наук, научным сотрудником ИПХФ РАН (Черноголовка) Мариной Кирман.

Отметим, сотрудничество с профессором Романом Моргуновым реализуется в рамках программы повышения конкурентоспособности вузов ТОП5-100 БФУ им. И. Канта.