Доказали теорию магнитной памяти в 2‑мерных материалах – теперь ожидаем роста ёмкости HDD.

Новый экспериментальный рубеж: полный цикл экзотических магнитных фаз обнаружен в атомно тонком материале

Физики из Университета Техаса в Остине впервые зафиксировали полностью последовательную эволюцию двух уникальных магнитных состояний, которые ранее существовали лишь как отдельные фазы. Эксперимент позволил сформировать устойчивые «магнитные островки» размером всего несколько нанометров – шаг к будущим сверхплотным накопителям данных.

Что было обнаружено?

1. Фаза Березинского‑Костерлица‑Таулеса (BKT)
При охлаждении до температур от –150 °C до –130 °C атомно тонкий двумерный материал переходит в BKT‑состояние. В этом состоянии магнитные моменты образуют пары взаимосвязанных вихрей, вращающихся в противоположных направлениях. Каждый вихрь ограничен размером нескольких нанометров.

2. Шестистатная «часовая» фаза
При дальнейшем снижении температуры материал переходит во вторую фазу – упорядоченную шестисостояниевую (six‑state clock) фазу. Магнитные моменты принимают одну из шести возможных ориентаций, напоминающих стрелки циферблата часов. Эти состояния стабильны и долговечны, что делает их потенциально пригодными для записи информации.

Эти две фазы – предвестники друг друга – ранее были наблюдаемы по отдельности, но полный цикл ещё никто не воспроизводил.

Материал и методы

Эксперимент проведён на кристалле трисульфида никель‑фосфора (NiPS₃). Результаты подтверждены как теоретически, так и экспериментально с помощью нелинейной оптической микрополяриметрии.

Научное значение

- Подтверждают фундаментальные модели двумерного магнетизма и топологической физики.
- Вклад советского учёного Вадима Березинского, основателя BKT‑перехода, подтверждается практическими данными. За развитие этой теории Нобелевская премия 2016 года была присуждена Костерлицу и Таулесу.
- Демонстрация устойчивых наноразмерных магнитных вихрей в чисто двумерной системе открывает новые возможности для управления магнетизмом на атомном уровне.

Перспективы

Ученые планируют искать материалы, где эти экзотические фазы стабилизируются при более высоких температурах – ближе к комнатным. Это может привести к созданию сверхкомпактных магнитных наноустройств, прорывов в спинтронике и новых технологий хранения данных.