Исследователи обнаружили магнитные монополи — изолированные магнитные заряды — в материале, тесно связанном с ржавчиной. Этот результат может быть использован для разработки более экологичных и быстрых вычислительных технологий.

Команда исследователей из Кембриджского университета применила метод, известный как квантовое зондирование алмаза, для наблюдения закручивающихся текстур и слабых магнитных сигналов на поверхности гематита, разновидности оксида железа.

Магнитные монополи в гематите возникают в результате коллективного поведения многих спинов частиц. Эти монополи, подобные магнитным шайбам, скользят по закрученной текстуре поверхности гематита. Это первый экспериментальный случай обнаружения монополей в природе.

Исследование также выявило прямую связь между ранее скрытыми закрученными текстурами и магнитными зарядами материалов, таких как гематит. Эти результаты могут быть полезны при создании логических и памятных устройств нового поколения. Статья с деталями была опубликована в Nature Materials.

Согласно уравнениям Джеймса Клерка Максвелла, магнитные объекты всегда должны существовать как пара магнитных полюсов. Профессор Мете Ататюре, возглавлявший исследование, отметил, что монополи были теоретически предсказаны, но до этого момента их не удавалось экспериментально обнаружить.

Ученые использовали алмазную квантовую магнитометрию для изучения поведения антиферромагнетика — гематита, оксида железа. Этот метод позволяет точно измерять магнитное поле на поверхности материала, не влияя на его свойства.

Используя этот метод, исследователи обнаружили скрытые магнитные заряды, включая монополи, диполи и квадруполи в гематите. Эти монополи представляют собой коллективное состояние спинов, вращающихся вокруг сингулярности, и обладают локализованным магнитным полем.

Это открытие не только подчеркивает возможности алмазной квантовой магнитометрии, но и подчеркивает ее способность обнаруживать скрытые магнитные явления в квантовых материалах. При контроле этих закрученных текстур, обладающих магнитными зарядами, можно создать сверхбыструю и энергоэффективную логику компьютерной памяти.