FIZIČARI Mihael Grbić, Ivan Jakovac i Ivan Kupčić s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu predvodili su međunarodni tim koji je otkrio neobično magnetsko stanje u slojevitom materijalu, priopćio je PMF. U materijalu su pronašli magnetske virove, male magnetske strukture koje se mogu slobodno kretati kroz njegove ravnine.

Posebno je zanimljivo što se ti virovi pojavljuju spontano na temperaturama nižim od oko -100 °C, a njihov broj raste kako se materijal dodatno hladi. U ovom spoju pokazali su se i vrlo stabilnima, sve do temperature od oko -230 °C.

Takvo ponašanje poznato je kao BKT stanje, prema istraživačima Berezinskom, Kosterlitzu i Thoulessu. U stvarnim magnetskim materijalima vrlo je rijetko. Dosad se uglavnom opažalo u posebno izrađenim umjetnim strukturama, dok je u stvarnim materijalima teško uočljivo i obično nestabilno.

"Magnetizam bez magnetizma"

Materijal koji su proučavali zanimljiv je i zbog svoje strukture. Atomi bakra u njemu raspoređeni su u trokute koji tvore takozvanu kagome strukturu, nalik Davidovoj zvijezdi. Takav raspored stvara svojevrsnu "gužvu" magnetskih sila koje se međusobno nadmeću i ne mogu istodobno biti u najstabilnijem stanju. Fizičari tu pojavu nazivaju frustracijom.

Zbog takve strukture istraživači su očekivali da će nastanak magnetskih virova biti otežan. Dogodilo se suprotno, odnosno virovi se pojavljuju i ostaju stabilni. U materijalu se istodobno pojavljuju magnetski virovi i antivirovi, a njihov se učinak međusobno poništava pa materijal ne pokazuje uobičajenu magnetičnost. Znanstvenici zato govore o svojevrsnom "magnetizmu bez magnetizma".

Pojednostavljeno, u materijalu koji izvana djeluje nemagnetično pojavljuju se mali vrtlozi magnetskog ponašanja. Oni se mogu slobodno kretati kroz ravninu, a njihov broj raste kako se materijal hladi.

Takvo ponašanje predviđala su i ranija istraživanja. Kada se obični magnet stanjuje na svega nekoliko atomskih slojeva, njegov magnetizam postaje sve slabiji i na kraju nestaje. Umjesto njega može se pojaviti BKT stanje, u kojem su virovi i antivirovi mali magnetski defekti.

"Nismo ih očekivali pronaći u toj strukturi"

Otkriće je važno jer pokazuje da frustrirana magnetska struktura može pomoći u stabilizaciji tog neobičnog stanja. To istraživačima daje novi način za proučavanje jako koreliranih materijala i mehanizama koji u njima stvaraju neuobičajena svojstva.

"Ovo je posebno zanimljivo jer smo magnetske virove pronašli upravo u strukturi u kojoj ih nismo očekivali. Njihova stabilnost u tako širokom temperaturnom području pruža nam novu priliku za razumijevanje BKT stanja u stvarnim materijalima", ističe istraživač Grbić.

Istraživanje je još jedan korak u razumijevanju frustriranih i jako koreliranih materijala, koji su posljednjih desetljeća među važnim područjima fizike. Takvi bi materijali u budućnosti mogli biti zanimljivi i za razvoj novih tehnologija. Rezultati istraživanja objavljeni su u znanstvenom časopisu Physical Review Letters.