Фундаментальная загадка, не дававшая покоя ученым более, чем 70 лет, наконец-то решена.

Международная группа исследователей обнаружила тонкие электронные эффекты, проявляющиеся для минерала магнетита (Fe3O4), наиболее магнитного из существующих в естественных природных условиях минералов. Обнаруженный эффект вызывает значительные изменения в структуре материала, обуславливающие электропроводность этого материала, появляющуюся при низких температурах.

Результаты нового открытия не только позволяют посмотреть на минерал, на примере которого было обнаружено явление магнетизма, с новой, неожиданной стороны, но и позволит использовать магнетит и его аналоги в новых приложениях.

Свойства магнетита известны уже более двух тысячелетий, эти свойств в свое время позволили разработать две концепции – магнитов и магнетизма. Десятилетиями магнетит использовался в качестве объекта, на базе которого разрабатывались синтетические магнитные материалы для записи и хранения и информации.

Распределение состояний Fe2+ и Fe3+ (соответственно, синие и желтые сферы) в первом приближении модели Фервея. (Рисунок из Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10704)

В 1939 году голландский физико-химик Эверт Фервей (Evert Verwey) обнаружил, что электропроводность магнетита существенно и резко понижается при низких температурах. Так, при температуре 125 Кельвинов минерал, обладающий металлической проводимостью, превращается в изолирующий материал. До настоящего момента неоднократно предпринимавшиеся попытки найти объяснение причинам этого перехода могли приводить к прямо противоположным интерпретациям, и были причиной научных дискуссий.

Руководитель исследования, профессор Пол Эттфилд (Paul Attfield) отмечает, что, скорее всего, загадка фундаментальной природы магнитного материала естественного происхождения разгадана, эти же особенности фундаментальной природы обуславливают свойства и искусственных магнитных материалов. Исследователь полагает, что важная информация о низкотемпературных электронных переходах в магнетите может оказаться полезной в том числе и для разработки будущих электронных и магнитных технологий.