Le proprietà magnetiche di un alogenuro di cromo possono essere sintonizzate manipolando gli atomi non magnetici nel materiale, una squadra, guidato dai ricercatori del Boston College, rapporti nell'ultima edizione di Progressi scientifici .

Il metodo apparentemente controintuitivo si basa su un meccanismo noto come interazione di scambio indiretto, secondo il Boston College Assistant Professor di Fisica Fazel Tafti, un autore principale del rapporto.

Un'interazione indiretta è mediata tra due atomi magnetici tramite un atomo non magnetico noto come ligando. I risultati del Tafti Lab mostrano che modificando la composizione di questi atomi di leganti, tutte le proprietà magnetiche possono essere facilmente sintonizzate.

"Abbiamo affrontato una domanda fondamentale:è possibile controllare le proprietà magnetiche di un materiale modificando gli elementi non magnetici?" disse Tafti. "Questa idea e la metodologia su cui riportiamo non hanno precedenti. I nostri risultati dimostrano un nuovo approccio per creare magneti sintetici a strati con un livello di controllo senza precedenti sulle loro proprietà magnetiche".

I materiali magnetici sono la spina dorsale della maggior parte della tecnologia attuale, come la memoria magnetica dei nostri dispositivi mobili. È pratica comune regolare le proprietà magnetiche modificando gli atomi magnetici in un materiale. Per esempio, un elemento magnetico, come il cromo, può essere sostituito con un altro, come il ferro.

Il team ha studiato modi per controllare sperimentalmente le proprietà magnetiche dei materiali magnetici inorganici, nello specifico, alogenuri di cromo. Questi materiali sono costituiti da un atomo di cromo e tre atomi di alogenuro:cloro, Bromo, e iodio.

La scoperta centrale illustra un nuovo metodo per controllare le interazioni magnetiche nei materiali stratificati utilizzando una speciale interazione nota come accoppiamento spin-orbita del ligando. L'accoppiamento spin-orbita è una proprietà di un atomo di riorientare la direzione degli spin, i minuscoli magneti sugli elettroni, con il movimento orbitale degli elettroni attorno agli atomi.

Questa interazione controlla la direzione e la grandezza del magnetismo. Gli scienziati hanno familiarità con l'accoppiamento spin-orbita degli atomi magnetici, ma non sapevano che l'accoppiamento spin-orbita degli atomi non magnetici potrebbe essere utilizzato anche per riorientare gli spin e regolare le proprietà magnetiche, secondo Tafti.

Il team è rimasto sorpreso di poter generare un intero diagramma di fase modificando gli atomi non magnetici in un composto, ha detto Tafti, che è stato coautore del rapporto con i colleghi fisici del BC Ying Ran e Kenneth Burch, i ricercatori post-dottorato Joseph Tang e Mykola Abramchuk, studente laureato Faranak Bahrami, e gli studenti universitari Thomas Tartaglia e Meaghan Doyle. Julia Chan e Gregory McCandless dell'Università del Texas, Dallas, e Jose Lado dell'Università Aalto in Finlandia, facevano anche parte della squadra.

"Questa scoperta propone una nuova procedura per controllare il magnetismo nei materiali stratificati, aprendo un percorso per creare nuovi magneti sintetici con proprietà esotiche, " Tafti ha detto. "Inoltre, abbiamo trovato forti firme di uno stato quantico potenzialmente esotico associato alla frustrazione magnetica, una scoperta inaspettata che può portare a una nuova entusiasmante direzione di ricerca."

Tafti ha affermato che il prossimo passo è utilizzare questi materiali in tecnologie innovative come i dispositivi magneto-ottici o la nuova generazione di memorie magnetiche.