В Национальном институте материаловедения (Япония) открыт ранее неизвестный материал NaCr2O4, который демонстрирует новый тип эффекта гигантского магнетосопротивления. Сам материал был получен методом синтеза при ультравысоком давлении.

Материалы, обладающие эффектом гигантского магнетосопротивления (ГМС), способны на порядок менять своё электрическое сопротивление при приложении внешнего магнитного поля. Обобщая, можно сказать, что все известные на сегодня ГМС-вещества являются сложными (оксидными) фазами на основе оксидов марганца, ферромагнетизм ионов которого и несёт ответственность за появление ГМС-эффекта.

Структура кальциевого феррита (иллюстрация Kojitani).

Открытие сделано при проведении синтеза в условиях ультравысокого давления, целью которого было получение хромоксидной фазы со структурой кальциевого феррита. Причин для такой установки было две: во-первых, кальциевый феррит может обладать как одномерной кристаллической структурой, так и структурой, способной демонстрировать явление магнитной фрустрации (то есть невозможность одновременной минимизации энергии всех обменных связей, что препятствует антиферромагнитному упорядочиванию магнитных полей атомов железа); во-вторых оксиды тетравалентного хрома характеризуются весьма особенным электронным состоянием.

Любопытно, что новый ГМС-материал является не ферромагнитным металлом (как марганцевые ГМС-структуры), а скорее антиферромагнитным полупроводником. Он сразу же продемонстрировал и другие достоинства в сравнении с традиционными марганцевыми материалами. Так, хотя ГМС-эффект новинки зафиксирован в широком интервале температур, его механизм отличается от такового традиционных марганцевых оксидных фаз и позволяет избежать эффекта памяти, который возникает при разных температурах и магнитных полях у привычных ГМС-веществ.

У открытия есть и гораздо более значимое следствие. Прежде новые ГМС-материалы искали только среди ферромагнетиков, резонно полагая, что ГМС и ферромагнетизм тесно связаны. Теперь же ареал таких поисков можно смело расширить на антиферромагнитные полупроводники, отсутствие у которых ферромагнитных свойств не мешает им проявлять гигантское магнетосопротивление.

Новый механизм, предложенный учёными в данной работе и описанный в журнале Angewandte Chemie, объясняет появление ГМС-эффекта для антиферромагнитного NaCr2O4 и может рассматриваться в качестве руководства для поиска новых ГМС-материалов в этой же области.