Манганиты демонстрируют стеклоподобное поведение электронных спинов

Материалам, состоящим из оксидов марганца, прочат большие перспективы применения в будущей электронике, благодаря их способностям мгновенно переходить из диэлектрического в проводящее состояние под влиянием широкого спектра внешних факторов, включая магнитные поля, фото- и вибрационное возбуждение.

Это сверхбыстрое переключение обусловлено множеством способов организации и реорганизации электронов и их спинов в манганите в ответ на подобные внешние стимулы. Понимание физики таких процессов имеет решающее значение для будущих приложений этих материалов.

Одна из новейших работ в этой области, исследование кристаллов манганита празеодима кальция (PCMO) при помощи синхротронного источника мягкого рентгеновского излучения Advanced Light Source (ALS) Beamline 6.0.2, была выполнена в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab).

Облучая образцы манганита короткими (70 пикосекунд) импульсами рентгеновского излучения, сотрудники Berkeley Lab установили, что переключение проводник-изолятор при фотостимуляции, зависящее в первую очередь от зарядового упорядочивания, может быть очень быстрым, но реорганизация электронных спинов, от которой зависят магнитные свойства, протекает довольно медленно.

Фактически, спины электронов в таких материалах находится в стеклоподобном, разупорядоченном состоянии, и на то, чтобы рассортировать их и восстановить кристаллический порядок требуются многие секунды.

«Сопоставление измерений сопротивления во временной развертке с результатами рентгеновской спектроскопии TR-RSXS (time-resolved resonant soft x-ray scattering spectroscopy) приводят к выводам, что коллапс спинового порядка связан с переходом от изолятора к металлу, но восстановление диэлектрической фазы не требует возобновления упорядоченности спинов», — утверждается в статье, которая была опубликована в журнале Scientific Reports.

Такое разделение по времени зарядовой и спиновой реорганизаций, по мнению исследователей, может подсказать новые подходы к реализации управления спиновыми эффектами в практических устройствах коммутации и хранения данных.

Авторы полагают, что разработанная ими методология может быть применима для изучения и других оксидов переходных металлов, чьи свойства, такие как высокотемпературная сверхпроводимость, также определяются конкуренцией фаз, включающей динамическое изменение электронных порядков.