Průlom v materiálové vědě: Vědci vytvořili magnet, který ruší své pole a neovlivňuje okolní elektroniku

Magnety jsou sice výkonné, ale jejich neviditelná magnetická pole mohou rušit okolní elektroniku. To představuje značný problém při snaze o miniaturizaci elektronických zařízení a integraci více funkcí do malých prostor.

Magnety jsou sice výkonné, ale jejich neviditelná magnetická pole mohou rušit okolní elektroniku. To představuje značný problém při snaze o miniaturizaci elektronických zařízení a integraci více funkcí do malých prostor. Mezinárodní tým výzkumníků z Technické univerzity v Dánsku (DTU) nyní vyvinul materiál, který se zdá být téměř nemožný: magnet, který je uvnitř silný, ale navenek téměř neviditelný, a tuto vlastnost si zachovává i při teplotách nad pokojovou.

„Nyní máme materiál s velmi dobře uspořádanou magnetickou strukturou, ale bez magnetického pole, které obvykle způsobuje problémy v elektronice,“ uvedl Kasper Steen Pedersen, jeden z výzkumníků a profesor na DTU. Tato neobvyklá kombinace by mohla zásadně změnit design budoucí elektroniky, zejména v oblasti spintroniky, kde se informace přenáší spinem elektronů namísto elektrického náboje.

Jádrem objevu je vzácný typ materiálu nazývaný kompenzovaný ferimagnet. Zatímco u běžného magnetu směřují nesčetné drobné magnetické momenty stejným směrem a vytvářejí zřetelné vnější pole, v tomto novém materiálu jsou tyto momenty uspořádány v opačných směrech. Neztrácejí se – vnitřní magnetismus zůstává silný a vysoce uspořádaný – ale protože se téměř dokonale vzájemně ruší, uniká ven jen velmi malé magnetické pole. Vědci se o dosažení této rovnováhy snažili léta, ale většina materiálů ji dosahovala pouze při velmi specifických teplotách, což omezovalo jejich praktické využití.

Výzkumníci se s tímto problémem vypořádali tím, že opustili konvenční magnetické materiály, jako jsou kovové slitiny a oxidy. Místo toho vytvořili molekulární strukturu – kovově-organickou síť, kde jsou magnetické atomy propojeny organickými linkery. To jim poskytlo mnohem větší kontrolu. „To otevírá zcela novou úroveň kontroly. Když je magnetismus zabudován do molekulárního materiálu, můžeme pomocí chemie ladit jak magnetické, tak elektronické vlastnosti,“ vysvětlil Pedersen. Materiál je tvořen atomy chromu propojenými molekulami pyrazinu. Pyrazin je zde zvláštní tím, že existuje jako radikál, což znamená, že nese nepárový elektron, který aktivně přispívá k magnetickému chování celé struktury.

Pečlivým uspořádáním chromu a pyrazinu tým vytvořil systém, kde se protilehlé magnetické momenty navenek téměř dokonale ruší, zatímco uvnitř zůstávají robustní. Pro ověření tohoto uspořádání vědci použili výkonné experimentální nástroje, včetně neutronového rozptylu a synchrotronového záření, které dokážou zkoumat magnetické struktury na atomové úrovni. Měření potvrdila, že téměř dokonalá kompenzace není křehký efekt. Zůstává stabilní v širokém rozsahu teplot a, což je důležité, pokračuje i výrazně nad pokojovou teplotou. Tato stabilita odlišuje tento materiál od dřívějších pokusů.