02/11/2024
Ученые кафедры физики колебаний физического факультета МГУ обнаружили эффект Эйнштейна – де Гааза в ван-дер-ваальсовой микроэлектромеханической системе. Результаты исследования опубликованы в журнале Europhysics Letters.
Графеноподобные магнитные материалы толщиной в несколько молекулярных слоев (ван-дер-ваальсовы магнетики) были обнаружены в 2016 году и стали объектом пристального внимания ученых: они заставили пересмотреть многие привычные представления о магнитных явлениях.
Столетием ранее в опыте Эйнштейна – де Гааза, в котором изменение намагниченности образца приводило к его механическому вращению, была установлена взаимосвязь магнитного и механического моментов. В качестве образца использовался массивный магнитный стержень, еле уловимый поворот магнита наблюдался при резонансе крутильного маятника, а детектировался с помощью самого чувствительного метода на начало XX века – весов Кулона (по отклонению светового «зайчика» от зеркала, прикрепленного на оси вращения маятника).
Для обнаружения аналогичного эффекта в ван-дер-ваальсовом материале авторы статьи предложили воспользоваться аналогом весов Кулона XXI века – оптической системой детектирования колебаний кантилевера в атомном силовом микроскопе, а сам кантилевер изготовить из зажатого между графеновыми электродами ван-дер-ваальсова антиферромагнетика, в котором магнитный момент одного слоя компенсируется соседним слоем. Прикладывая переменное электрическое напряжение к графеновым электродам, можно вызывать за счет магнитоэлектрического эффекта периодическое изменение магнитного момента, а вследствие магнитомеханической связи – также и вибрацию кантилевера.
«Идея провести такое исследование пришла во время проведения занятия по механике вращательного движения для студентов младших курсов. Проследим, например, за движением квадрокоптера, которое полностью определяется скоростью вращения винтов: если аппарат висит неподвижно, моменты импульсов двух диагональных винтов полностью компенсируются другой диагональю. Если же вы хотите повернуть аппарат по часовой стрелке, то для этого нужно увеличить скорость вращения винтов, крутящихся против часовой стрелки: вследствие закона сохранения момента импульса корпус квадрокоптера повернется в противоположную сторону. Также и в антиферромагнетике: если вызвать декомпенсацию магнитных моментов подрешеток с помощью электрического поля, то вследствие закона сохранения момента импульса такая декомпенсация приведет к вращению кристалла. В этом и заключается идея электроиндуцированного эффекта Эйнштейна – де Гааза», – прокомментировал профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ Александр Пятаков.
Говорить о практическом применении электроиндуцированного эффекта Эйнштейна – де Гааза в ван-дер-ваальсовых антиферромагнетиках пока рано, поскольку оценки его величины для немногих известных ван-дер-ваальсовых магнитов дают скромные значения. Однако если вместо линейного магнитоэлектрического эффекта использовать резкий переход антиферромагнетик – ферромагнетик, то эффект увеличится в тысячи раз и его можно будет использовать в MEMS – микроэлектромеханических устройствах, которые уже находятся в каждом смартфоне и планшете.
Источник: msu.ru
Графеноподобные магнитные материалы толщиной в несколько молекулярных слоев (ван-дер-ваальсовы магнетики) были обнаружены в 2016 году и стали объектом пристального внимания ученых: они заставили пересмотреть многие привычные представления о магнитных явлениях.
Столетием ранее в опыте Эйнштейна – де Гааза, в котором изменение намагниченности образца приводило к его механическому вращению, была установлена взаимосвязь магнитного и механического моментов. В качестве образца использовался массивный магнитный стержень, еле уловимый поворот магнита наблюдался при резонансе крутильного маятника, а детектировался с помощью самого чувствительного метода на начало XX века – весов Кулона (по отклонению светового «зайчика» от зеркала, прикрепленного на оси вращения маятника).
Для обнаружения аналогичного эффекта в ван-дер-ваальсовом материале авторы статьи предложили воспользоваться аналогом весов Кулона XXI века – оптической системой детектирования колебаний кантилевера в атомном силовом микроскопе, а сам кантилевер изготовить из зажатого между графеновыми электродами ван-дер-ваальсова антиферромагнетика, в котором магнитный момент одного слоя компенсируется соседним слоем. Прикладывая переменное электрическое напряжение к графеновым электродам, можно вызывать за счет магнитоэлектрического эффекта периодическое изменение магнитного момента, а вследствие магнитомеханической связи – также и вибрацию кантилевера.
«Идея провести такое исследование пришла во время проведения занятия по механике вращательного движения для студентов младших курсов. Проследим, например, за движением квадрокоптера, которое полностью определяется скоростью вращения винтов: если аппарат висит неподвижно, моменты импульсов двух диагональных винтов полностью компенсируются другой диагональю. Если же вы хотите повернуть аппарат по часовой стрелке, то для этого нужно увеличить скорость вращения винтов, крутящихся против часовой стрелки: вследствие закона сохранения момента импульса корпус квадрокоптера повернется в противоположную сторону. Также и в антиферромагнетике: если вызвать декомпенсацию магнитных моментов подрешеток с помощью электрического поля, то вследствие закона сохранения момента импульса такая декомпенсация приведет к вращению кристалла. В этом и заключается идея электроиндуцированного эффекта Эйнштейна – де Гааза», – прокомментировал профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ Александр Пятаков.
Говорить о практическом применении электроиндуцированного эффекта Эйнштейна – де Гааза в ван-дер-ваальсовых антиферромагнетиках пока рано, поскольку оценки его величины для немногих известных ван-дер-ваальсовых магнитов дают скромные значения. Однако если вместо линейного магнитоэлектрического эффекта использовать резкий переход антиферромагнетик – ферромагнетик, то эффект увеличится в тысячи раз и его можно будет использовать в MEMS – микроэлектромеханических устройствах, которые уже находятся в каждом смартфоне и планшете.
Источник: msu.ru
распечатать статьюПоделиться:
ПОКАЗАТЬ ЕЩЕ
