Российские физики показали перестройку магнитной структуры в металлических стеклах

Ученые из Долгопрудного и Томска исследовали поведение тонких аморфных покрытий из сплава железа и гадолиния при охлаждении. Полученные данные открывают перспективы для создания магнитных сенсоров и систем охлаждения.

Ученые Московского физико-технического института, Института сильноточной электроники СО РАН и Института физики прочности и материаловедения СО РАН изучили свойства тонких аморфных покрытий из сплава железа и гадолиния (Fe-Gd). Специалисты продемонстрировали, как такие материалы толщиной менее 1 мкм меняют внутреннюю магнитную структуру при понижении температуры.

Для исследования физики синтезировали серию образцов с различным соотношением компонентов: Fe₇₅Gd₂₅, Fe₇₄Gd₂₆, Fe₆₈Gd₃₂, Fe₆₅Gd₃₅ и Fe₆₂Gd₃₈. Покрытия получали методом магнетронного распыления. Особое внимание исследователи уделили составу Fe₇₄Gd₂₆, который обладал наименьшим количеством примесей. На основе данных диффузного рассеяния рентгеновских лучей ученые предложили модель атомной структуры таких металлических стекол, где локальные элементы образуют икосаэдрические кластеры.

Эксперименты показали, что при охлаждении ниже точки магнитной компенсации структура материала радикально перестраивается из-за перехода из ферромагнитного состояния в ферримагнитное. При комнатной температуре средний размер магнитных доменов составлял около 0,67 мкм, а при 23,3 K достигал 10 мкм. При температурах ниже 23 K вклад атомов гадолиния становится доминирующим, заставляя соседние магнитные моменты железа ориентироваться противоположно.

Все пять синтезированных видов образцов продемонстрировали фазовое расслоение и способность легко перемагничиваться во внешних полях до 100 миллитесла. Результаты открывают возможности для создания магнитных сенсоров, спинтронных устройств и магнитокалорических систем охлаждения. Такие материалы могут применяться в качестве твердотельных хладагентов для низкотемпературных измерений в квантовых устройствах, обеспечивая дополнительное охлаждение на 10 градусов — например, с 77 К до 65–70 К. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.

Российский научный фонд