Немагнитные металлы превратили в магниты

Комбинируя тонкие пленки металлов с молекулами углерода, ученым удалось превратить немагнитные вещества (медь и марганец) в магниты. Об этом сообщает журнал Nature.

Магнитные явления пока очень слабы и проявляются всего несколько дней, однако новое открытие способно проложить дорогу к гибридным органическо-металлическим магнитам, которые найдут применение в медицинской технике.

Ферромагнетики (вещества, которые действуют как постоянные магниты) притягивают металлы благодаря суммарному полю от спинов всех содержащихся в них электронов — каждая элементарная частица генерирует свое собственное магнитное поле. Спины части разнонаправленных электронов аннулируют эффект друг друга, но некоторые неспаренные электроны выстраиваются в одном направлении — по линиям внешнего магнитного поля, и сохраняют свое местоположение даже при его исчезновении. Кумулятивный эффект от таких крошечных магнитных полей и придает соответствующие свойства железу, кобальту и никелю (при комнатной температуре).

Оскар Сеспедес (Oscar Cespedes) из Лидского университета (Великобритания) заставил медь и марганец приобрести аналогичные свойства. Ученый и его коллеги уложили пленки металлов на слои из фуллеренов (похожие на клетку замкнутые многогранники из 60 атомов углерода). Фуллеренам хорошо удается извлекать электроны из металлических пленок. В результате последние обрели магнитные свойства — в обращенном к фуллеренам слое толщиной в несколько нанометров. После приложения и последующего отключения внешнего магнитного поля в пленках сохранилось около 10 процентов от индуцированного магнитного поля, что превратило медь и марганец в ферромагнетики, то есть они стали слабыми магнитами.

Эксперимент 2015 года опирается на теорию, созданную в 1930-е годы Эдмундом Стонером (Edmund Stoner), работавшем в том же университете. Стонер, в частности, описал условия, позволяющие элементу приобрести магнитные свойства. Хотя Сеспедес не уверен, что внутренняя структура модифицированных им меди и марганца соответствует критерию Стонера, его эксперимент указал на возможность создания ферромагнетиков из немагнитных металлов.

Сеспедес надеется, что новая технология позволит создать контрастное вещество для магнитно-резонансной томографии, более экологически чистое и безопасное для здоровья, чем гадолиний. В будущем новые магниты также могли бы прийти на смену редкоземельным элементам, кобальту и никелю в ветровых турбинах. Сейчас Сеспедес работает над тем, чтобы продлить магнитный эффект. Для этого он собирается укладывать органические и металлические молекулы в виде матрицы, а не отдельных слоев.