Исследователи Университета Райса обнаружили у соединения YbMnBi₂ необычное магнитное состояние, которое они сравнили с жидким кристаллом. Даже после исчезновения обычного дальнего магнитного порядка спины марганца продолжают флуктуировать преимущественно в определенных направлениях. Об этом пишет Interesting Engineering.
Для изучения материала команда Пенчэн Дая провела нейтронные эксперименты на установках High Flux Isotope Reactor и Spallation Neutron Source Национальной лаборатории Ок-Ридж. Измерения показали, что спины марганца остаются в основном коллинеарными, то есть практически выстроенными вдоль одной линии. Эти данные не поддержали прежнюю версию о том, что необычный электрический отклик YbMnBi₂ связан с наклоненными спинами.
После нагрева выше температуры магнитного упорядочения большинство материалов теряет организованную структуру спинов. В YbMnBi₂ дальний порядок исчезает, однако направленность флуктуаций сохраняется. Именно такое сочетание исследователи назвали магнитным жидким кристаллом.
Чтобы проверить роль иттербия, ученые сравнили YbMnBi₂ с CaMnBi₂, где магнитный иттербий заменен немагнитным кальцием. В кальциевом соединении направленные спиновые флуктуации исчезли. Дополнительные измерения показали, что часть ионов иттербия обладает собственными магнитными моментами, которые могут взаимодействовать со спинами марганца.
Команда связала эти взаимодействия с необычно большим аномальным эффектом Холла в YbMnBi₂. По предложенной модели внешнее магнитное поле может упорядочивать взаимодействие моментов иттербия и направленных флуктуаций марганца так, что движение электронов отклоняется в сторону. Исследователи считают, что это может вносить вклад в сильный холловский отклик материала.
Авторы отмечают, что магнитный беспорядок не всегда означает полную случайность. В YbMnBi₂ спины теряют дальний порядок, но сохраняют предпочтительные направления. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.