კობალტი, რომელიც მეცნიერებისთვის ერთ-ერთ ყველაზე კარგად შესწავლილ მაგნიტურ ლითონად ითვლებოდა, მოულოდნელად ახალი სამეცნიერო აღმოჩენის ცენტრში აღმოჩნდა. ჰელმჰოლც-ცენტრ ბერლინის (HZB) მკვლევართა საერთაშორისო ჯგუფმა დაადგინა, რომ ამ ლითონის ელექტრონულ სტრუქტურაში აქამდე უცნობი, კომპლექსური კვანტური ლანდშაფტი იმალება.

დოქტორ ხაიმე სანჩეს-ბარიგას ხელმძღვანელობით ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ კობალტი შეიცავს ტოპოლოგიური ელექტრონული მდგომარეობების მდიდარ ქსელს. ეს მდგომარეობები სტაბილურობას ოთახის ტემპერატურაზეც კი ინარჩუნებენ, რაც ფუნდამენტურ ცვლილებებს იწვევს ჩვენს წარმოდგენაში ამ ელემენტის შესახებ.

კვანტური მახასიათებლების დეტალური შესწავლა

მკვლევრებმა BESSY II-ის სინქროტრონულ დანადგარზე გამოიყენეს სპინ- და კუთხურ-გარჩევადი ფოტოემისიური სპექტროსკოპია (spin-ARPES). ამ ტექნოლოგიით მათ შეძლეს კობალტის ელექტრონული სტრუქტურის უპრეცედენტო დეტალიზაციით შესწავლა. შედეგად, აღმოჩნდა მაგნიტური კვანძოვანი ხაზების მკვრივი ქსელი, სადაც ელექტრონული მდგომარეობები ერთმანეთს ენერგეტიკული ხარვეზის გარეშე კვეთენ.

ეს გადაკვეთები არ ხდება იზოლირებულ წერტილებში, არამედ ვრცელდება იმპულსურ სივრცეში მთელი კრისტალის მასშტაბით. ასეთი სტრუქტურა იძლევა შესაძლებლობას, რომ მუხტის მატარებლები უკიდურესად სწრაფად და ტოპოლოგიურად სტაბილურად გადაადგილდნენ, რაც პერსპექტიულია თანამედროვე ინფორმაციული ტექნოლოგიებისა და სპინტრონიკისთვის.

კობალტი ბოლო 40 წლის განმავლობაში ერთ-ერთი ყველაზე შესწავლილი ფერომაგნიტური ელემენტი იყო, თუმცა ჩვენმა კვლევამ აჩვენა, რომ მისი ელექტრონული სტრუქტურა გაცილებით მეტ საიდუმლოს ინახავს, – აცხადებს დოქტორი სანჩეს-ბარიგა.

მაგნიტური კონტროლი და მასშტაბური პოტენციალი

აღმოჩენილი კვანძოვანი ხაზების ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი თვისება მათი სპინური პოლარიზაციაა. ვინაიდან კობალტი ფერომაგნიტური მასალაა, აღნიშნული ხაზები პირდაპირ კავშირშია მაგნიტიზაციის მიმართულებასთან. ეს ნიშნავს, რომ მასალის მაგნიტიზაციის შეცვლით მკვლევრებს შეუძლიათ მუხტის მატარებლების მართვა, რაც სპინტრონიკულ მოწყობილობებში გადამწყვეტი ფაქტორია.

თეორიულმა გათვლებმა, რომლებიც სიმკვრივის ფუნქციონალური თეორიის საფუძველზე ჩატარდა, ექსპერიმენტული შედეგები სრულად დაადასტურა. ამ გათვლებმა აჩვენა, რომ კვანძოვანი ხაზები დაცულია კრისტალური სარკისებური სიმეტრიითა და ფერომაგნიტიზმით, რაც მათ მდგრადობას უზრუნველყოფს.

ამ კვლევამ შესაძლოა გზა გაუხსნას ახალი ტიპის კვანტური მასალების აღმოჩენას სხვა ფერომაგნიტურ ელემენტებშიც. მეცნიერები მიიჩნევენ, რომ კობალტი გახდება მოდელური სისტემა ტოპოლოგიასა და მაგნიტიზმს შორის ურთიერთქმედების შესასწავლად.