Их исследования привели к обнаружению единственных известных магнитных редкоземельных бинарных икосаэдрических бинарных квазикристаллов, которые теперь обеспечивают «согласованный набор» магнитных квазикристаллов и их близких периодических собратьев.
Открытие было опубликовано в журнале Nature Materials в статье «Семейство бинарных магнитных икосаэдрических квазикристаллов на основе редкоземельных элементов и кадмия»."
«Было проведено много теоретических и экспериментальных работ по магнитным квазикристаллам, и математически нет причин, по которым магнитное упорядочение не может произойти», – сказал Гольдман. "Но экспериментально этого никогда не наблюдалось.
Почему? Что это говорит нам о магнетизме в сложных средах?"
Несколько лет назад коллеги-исследователи из Японии обнаружили серию периодических аппроксимантов редкоземельного кадмия, которые упорядочивали магнитно. Ученые из лаборатории Эймса работали над характеристикой путем рассеяния магнитных структур в сотрудничестве с другими исследователями из Франции, Японии и США.
Голдман и Кэнфилд подозревали, что могут существовать квазикристаллы, очень близкие к этим приближениям редкоземельного кадмия, спрятанные в очень ограниченных областях температуры и состава на фазовой диаграмме и наиболее легко достижимые с помощью метода роста потока, который Кэнфилд использовал для выращивания других квазикристаллов. Вместе с учеными Ames Lab Сергеем Будько, Андреасом Крейссигом, Кевином Деннисом, Мехметом Рамазаноглу, Антоном Еше и аспирантом-физиком Тай Конгом Голдман и Кэнфилд инициировали новый поиск магнитных квазикристаллов.
Голдман попросил Кэнфилда начать с выращивания приближенного, но Кэнфилд стремился к обоим.
«Мое намерение состояло не только в том, чтобы добраться до аппроксиманта, но и в том, чтобы охладить его, насколько я мог, прежде чем все затвердеет; я ловил бинарный квазикристалл», – сказал Кэнфилд. "Это была попытка изучить систему.
Я знаю, что там есть приближение, но есть ли еще один сюрприз??"
И, конечно же, было. Кэнфилд вырастил аппроксимант, но он также обнаружил наличие граненых пятиугольных додекаэдров, одного из признаков квазикристаллов. Работа Гольдмана по рассеянию рентгеновских лучей подтвердила, что этот материал является квазикристаллом.
В приближениях редкоземельного кадмия существует магнитный порядок. Однако в квазикристаллических материалах ученые обнаружили поведение спинового стекла, подобное магнитному поведению в аморфных материалах.
"То, что мы имеем здесь, является доказательством принципа.
Да, вы можете найти квазикристаллы вблизи аппроксимантов; вам просто нужно искать правильный путь ", – сказал Кэнфилд.
"Есть еще кое-что, что нужно сделать; я надеюсь, что там скрывается квазикристаллический антиферромагнетик, что означает упорядоченную магнитную структуру. Теоретически это не исключено ", – сказал Голдман. "Что я точно знаю, так это то, что квазикристаллы продолжают меня удивлять."
Исследование было поддержано Управлением науки Министерства энергетики США.