Учёные из Лундского университета (Швеция) достигли значимого успеха в области физики магнитных материалов, расширив известное соотношение Лиддейна-Сакса-Теллера (LST) на изучение магнетизма. Их исследование впервые установило связь между статической магнитной проницаемостью материала и резонансными частотами магнитного отклика, открывая новые горизонты для создания устройств нового поколения в электронике.
Соотношение LST, выведенное в 1941 году, давно служит основой для исследования взаимодействия материалов с электрическими полями. Оно описывает, каким образом статическая и динамическая диэлектрические проницаемости (характеризующие отклик на постоянное и изменяющееся поле) соотносятся с резонансными частотами кристаллической решётки. Теперь же шведские исследователи предложили магнитный аналог, который фокусируется на магнитных свойствах вместо диэлектрических.
Ключевым моментом в открытии стала разработка терагерцового эллипсометра — устройства для измерения изменения поляризации света при его отражении, что позволяет уточнять толщину, оптические параметры и структурные особенности материалов. Терагерцовый эллипсометр может с высокой точностью определять поляризационный отклик в магнитных полях, анализируя материалы на частотах с проявлением квантовых эффектов, недоступных для видимого света или микроволн. Это важно для изучения динамических магнитных свойств и связи статической проницаемости с резонансными частотами в системах с парамагнитными характеристиками, такими как полупроводники.
«Мы были вдохновлены исследованиями моего научного руководителя, профессора Матиаса Шуберта, который изучал взаимодействие электрических полей с фононами. Мы предположили, что аналогичное взаимодействие может быть применимо к магнетизму», — пояснил ведущий исследователь Виктор Риндерт.
Новое уравнение, получившее наименование «магнитный LST», связывает статическую магнитную проницаемость (постоянный отклик на постоянное поле) с динамическими характеристиками — резонансными частотами, возникающими при колебаниях магнитных моментов. Для его проверки команда внедрила метод THz-EPR-GSE (терагерцовая эллипсометрия с электронным парамагнитным резонансом), разработанный в собственной лаборатории. Исследователи измерили магнитные резонансные частоты в полупроводнике на базе нитрида галлия, легированного железом (GaN:Fe), и сравнили данные с результатами из SQUID-магнитометрии. Совпадение результатов подтвердило универсальность предложения.
Это открытие предоставляет новое средство для углублённого анализа магнитных возбуждений в материалах — от полупроводников до сложных антиферромагнетиков. «Наше уравнение фундаментально меняет подход к магнитооптике, — подчеркнул Риндерт. — Оно особенно полезно для изучения альтермагнетиков и парамагнитных дефектов в ультраширокозонных полупроводниках, что критически важно для силовой электроники».
В практическом плане это открытие может ускорить развитие высокоэффективных энерго-конвертеров, магнитоуправляемых процессоров и других устройств, где ключевую роль играет точное управление магнитными свойствами. В Лунде уже адаптируют метод THz-EPR-GSE для анализа дефектов в перспективных материалах, таких как алмаз и оксид галлия, подходящих для работы в экстремальных условиях.
Следующий этап — определить универсальность этого соотношения в более сложных системах, включая многослойные структуры и материалы со спиновой сверхрешёткой — созданные искусственным путём структуры, в которых чередуются нанометровые слои с разной магнитной ориентацией спинов, позволяя управлять спиновыми волнами, магнитными резонансами и связанными эффектами.
Источник: iXBT
