Физики Базельского университета (Швейцария), Швейцарского института нанотехнологий, французских университетов Монпелье и Париж-Сакле первыми смогли экспериментально подтвердить наличие спиральной магнитной организации в мультиферроиках — перспективных материалах для использования в будущих поколениях накопителей данных.

Мультиферроики обладают редким для материалов свойством — они реагируют как на электрические, так и на магнитные поля. Это открывает возможность изменения магнитного порядка воздействием электрического поля. Устроенная по этому принципу магнитная память будет потреблять очень мало энергии и работать с высокой скоростью.

Успех исследованию, результаты которого опубликованы в журнале Nature, обеспечили сконструированные в Базельском университете уникальные квантовые сенсоры, позволяющие анализировать электромагнитные поля в нанометровом масштабе.

В статье Nature описан эксперимент, в котором квантовые датчики на основе двух монокристаллических алмазов с азотозамещенными центрами применялись для визуализации магнитного порядка в тонкой плёнке феррита висмута. Знание того, как ведут себя электронные спины в таком материале имеет критическое значение для его будущих приложений.

Феррит висмута это известный представитель класса мультиферроиков, удобный тем, что такие свойства проявляются в нём при комнатной температуре. Он был исследован достаточно хорошо однако до сих пор не было метода, который позволил бы изучить его магнитный порядок на нанометровом уровне.

Авторы показали, что спиральный магнитный порядок, демонстрируемый ферритом висмута, создаётся наложением двух электронных спинов с противоположными ориентациями, вращающихся в пространстве. Ранее предполагалось, что это вращение не выходит за пределы плоскости.

Созданные в ходе данного исследования алмазные квантовые сенсоры зарекомендовали себя как важный инструмент для количественного и качественного зондирования самых разнообразных материалов. Специально для их выпуска в прошлом году был основан стартап Qnami.