Новости химической науки > Вещество с самой высокой магнитной восприимчивостью?

Специалисты по химии материалов заявили на сессии Американского физического общества, что ими охарактеризовано новое соединение, состоящее из железа и азота, характеризуется магнитной восприимчивостью на 18% выше, чем у наиболее «магнитного» материала, известного к настоящему времени.

По мнению исследователей, коммерциализация таких магнитов позволит производителям электроники разработать жесткие диски для компьютеров с меньшими по размеру «считывающими головками», такие диски смогут хранить большее количество информации. Тем не менее, другие специалисты по магнитным материалам реагируют на сообщение коллег с определенной осторожностью, так как подобные свойства ранее уже приписывались этому материалу, однако не были подтверждены.

Кристаллическая решетка Fe₁₆N₂. Магнитная восприимчивость этого материала, по словам исследователей, выше теоретически предсказанных пределов этого параметра. (Рисунок: Jian-Ping Wang)

Электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы и радиуса, который может инициировать возникновение магнитного поля. Фактически же, все электроны, вращаясь вокруг атомов, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.

В атомах некоторых элементов орбиты электронов могут быть ориентированы таким образом, что часть электронов производит магнитные поля, остающиеся некомпенсированными за счет полей электронов, обращающихся в противоположном направлении. И когда такие магнитные поля, связанные с вращением электронов по орбите, к тому же оказываются одинаково направленными у всех атомов кристаллической структуры вещества, он, в целом, создает вокруг себя стабильное и достаточно сильное магнитное поле. Любой фрагмент такого вещества представляет собой маленький магнит с четко выраженными магнитными полюсами. Ранее предполагалось, что самой высокой магнитной восприимчивостью обладает железокобальтовый интерметаллид.

Однако, Джиан-Пинг Вонг (Jian-Ping Wang) из Университета Миннесоты сообщают, что магнитная восприимчивость соединения Fe₁₆N₂ выше теоретически предсказанных пределов примерно на 18%.

Вонг заявляет, что ключом к исключительным магнитным свойствам материала является сложное строение кристаллической решетки. Исследование образцов с помощью рентгеноструктурного анализа позволило определить, что каждый атом азота расположен в центре кластера, состоящего из шести атомов железа, еще два атома железа располагаются между соседними кластерами. Электроны, перемещающиеся между кластерами, ведут себя как обычные делокализованные электроны в металлическом железе, но электроны, принадлежащие кластерам железа практически не делокализуются, что позволяет атомам, входящим в состав кластеров, вносить больший вклад в магнетизм материала.

Эрик Фуллертон ( Eric Fullerton) из Университета Калифорнии говорит о том, что если результаты, полученные Вонгом верны, их нельзя недооценить. Вонг поясняет, что ранее, в 1972 году уже сообщалось об экстраординарных магнитных свойствах Fe₁₆N₂, в 1990-х исследователи из компании Hitachi получили некоторые свидетельства, подтверждающие это сообщение.

Фуллертон замечает, что рассматривать эти свидетельства в пользу исключительных магнитных свойств Fe₁₆N₂ преждевременно. Оценки, сделанные специалистами Hitachi, основывались на сложных расчетах, основанных на определении содержания метастабильной фракции Fe₁₆N₂ в изучаемом образце; эти результаты так и не были воспроизведены.

Вонг заявляет, что исследователи из его группы годами шлифовали экспериментальные методики, и в настоящее время могут выращивать образцы Fe₁₆N₂. Исследователи измеряли магнитные свойства Fe₁₆N₂ с помощью метода рентгеновского магнитного кругового дихроизма (x-ray magnetic circular dichroism), который гораздо более чувствителен и точен, чем применявшиеся ранее методы, объединив при этом экспериментальное измерение магнитных свойств Fe₁₆N₂ с теоретическим анализом высокой магнитной восприимчивости этого материала.

Источник: Американская ассоциация содействию науки, по материалам, предоставленным Американским физическим обществом

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия