Mönstret för arrangemang av atomer i en kristall, kallas kristallgitteret, kan ha en enorm effekt på fasta materials egenskaper. Att kontrollera och utnyttja dessa egenskaper är en utmaning som lovar belöningar i applikationer som nya sensorer och nya solid-state-enheter. Ett internationellt forskningssamarbete, inklusive forskare från Osaka University, har rapporterat induktion av en intressant typ av magnetisk ordning, kallas helimagnetism, i ett koboltoxidmaterial genom att expandera dess gitterstruktur. Deras resultat publicerades i Physical Review Materials.

Magnetiskt beteende beror på ordningen för de magnetiska momenten för de många enskilda atomerna i ett material. I helimagnetism, istället för att de magnetiska stunderna är inriktade - som de är i permanentmagneter, producerar ferromagnetism - stunderna ordnar sig i ett spiralformat mönster. Detta beteende observeras i allmänhet endast i komplicerade gitterstrukturer där olika typer av magnetiska interaktioner konkurrerar med varandra, därför rapporten om inducerad helimagnetism i en enkel kubisk koboltoxidstruktur, är mycket betydande.

"Vi har visat fram spiralformad spiralordning i ett kubiskt material av perovskit-typ, vilket vi uppnådde helt enkelt genom att utöka gallerstorleken, "studera första författaren Hideaki Sakai säger." Vi kunde kontrollera storleken på gitterexpansionen genom att använda en högtrycksteknik för att odla en serie enkristaller med särskilda kemiska kompositioner. Att ändra mängden olika joner i våra material gav oss tillräcklig kontroll för att undersöka de magnetiska egenskaperna. "

Att systematiskt byta ut strontiumjoner i strukturen med större bariumjoner orsakade att gallret ständigt expanderade tills den vanliga ferromagnetiska magnetiska ordningen som var närvarande vid rumstemperatur stördes, vilket resulterar i helimagnetism. Dessa experimentella fynd stöddes framgångsrikt av beräkningar.

"Det faktum att vi i stor utsträckning kunde reproducera våra fynd genom första principberäkningar verifierar att de magnetiska interaktionerna i materialen är mycket känsliga för gitterkonstanten, "Sakai säger." Ju mer vi kan förstå om det magnetiska beteendet hos kristallina material, ju närmare vi går mot att översätta deras egenskaper till användbara funktioner. Vi hoppas att våra resultat kommer att bana väg för nya sensortillämpningar. "

Kontrollen av magnetisk ordning helt enkelt genom att ändra gitterkemin, som framgår av denna forskning, utgör en grund för att undersöka egenskaperna hos många andra kristallina material.