Una piccola compressione rivela nuovi indizi su un insolito tipo di magnete

Gli scienziati della Rice University hanno scoperto nuove informazioni sul funzionamento di un raro tipo di magnete applicando una leggera pressione a un cristallo di solfuro di ferro. La loro ricerca dimostra che spremere il materiale altera due delle sue proprietà uniche contemporaneamente, il suo debole segnale magnetico e il modo in cui le correnti elettriche lo attraversano. Questa scoperta fornisce una comprensione più dettagliata degli altermagneti, una categoria di sostanze magnetiche recentemente identificata, e offre un metodo semplice per manipolare il loro comportamento. Lo studio si è concentrato su una variante esagonale di solfuro di ferro, o FeS, che mostra caratteristiche che mescolano aspetti di due tipi ben noti di magneti.

Analogamente agli antiferromagneti, i suoi campi magnetici interni si annullano in gran parte, impedendo la formazione di un forte campo magnetico esterno. Tuttavia, a differenza degli antiferromagneti tradizionali, il FeS influenza ancora il movimento degli elettroni in modi che potrebbero rivelarsi benefici per le future tecnologie elettroniche. Una caratteristica notevole del FeS è la sua produzione di un fenomeno elettrico insolito chiamato effetto Hall anomalo, in cui una piccola tensione si sviluppa perpendicolare al flusso di corrente, anche in assenza di un campo magnetico esterno.

Pengcheng Dai, professore di fisica e astronomia Sam e Helen Worden di Rice e coautore dello studio, ha spiegato che l'osservazione simultanea del segnale magnetico debole del materiale e dell'effetto anomalo di Hall sotto pressione fornisce una visione cruciale della loro relazione. "Quando applichiamo pressione al cristallo in una direzione, entrambi i segnali diminuiscono all'unisono", ha detto. "Per condurre l'esperimento, i ricercatori hanno costruito un dispositivo specializzato in grado di applicare una compressione controllata al cristallo.

Tuttavia, l'ordine magnetico più ampio all'interno del materiale è rimasto in gran parte inalterato. Per indagare ulteriormente, il team ha impiegato l'analisi del fascio di neutroni presso il Oak Ridge National Laboratory, rivelando che mentre la struttura magnetica fondamentale è rimasta intatta, la pressione ha alterato la prevalenza di diversi orientamenti magnetici all'interno del cristallo. In sostanza, il cristallo possiede più configurazioni quasi identiche per allineare i suoi momenti magnetici.

I risultati contribuiscono anche a un lungo dibattito sulla causa dell'effetto Hall anomalo nel FeS. Mentre una teoria prevalente attribuisce l'effetto al movimento degli elettroni attraverso la struttura elettronica del materiale, un concetto descritto dai fisici usando il termine "curvatura di Berry", gli esperimenti di Rice suggeriscono una connessione tra l'effetto e il minuto momento magnetico del materiale.

Dai ha sottolineato l'importanza della controllabilità nelle potenziali applicazioni. "Per gli usi pratici, avere la capacità di regolare queste proprietà è fondamentale", ha osservato.