W laboratoriach Tokijskiego Uniwersytetu Nauki i Uniwersytetu Tohoku naukowcy odkryli prosty, ale niezawodny punkt odniesienia do przewidywania właściwości magnetycznych złożonych stopów. Rozmiar powtarzającej się komórki strukturalnej kryształu okazał się dokładniejszym niż zwykłe stężenie elektronów wskaźnikiem rozdzielania różnych typów magnetyzmu w materiałach spokrewnionych z kwazikryształami.
Badacze zbadali kryształy aproksymanty typu Tsai — struktury z zagnieżdżonymi klasterami atomowymi, które powtarzają cechy prawdziwych kwazikryształów. W związkach zawierających złoto z aluminium lub galem oraz pierwiastkami ziem rzadkich (terb, dysproz, holm) zachowanie magnetyczne zależało od parametru sieci — odległości między powtarzającymi się węzłami atomowymi.
Przy wartości większej niż 14,72 angstrema powstawał „wirowy” stan antyferromagnetyczny: momenty magnetyczne atomów układały się w uporządkowaną, lecz przeciwnie skierowaną konfigurację. W wąskim przedziale 14,62–14,72 angstrema pojawiał się wirowy ferromagnetyzm z ogólną namagnesowaniem. Poniżej tego progu materiał przechodził w stan szkła spinowego — chaotyczne zamrożenie momentów bez porządku dalekiego zasięgu.
Wcześniej naukowcy kierowali się głównie liczbą elektronów walencyjnych na atom. Ten wskaźnik działał niestabilnie przy zmianie składu chemicznego. Nowe kryterium strukturalne dało jednolity diagram fazowy, który teraz służy jako praktyczna mapa do poszukiwania i tworzenia materiałów o zadanych właściwościach magnetycznych.
Odkrycie jest ważne nie tylko dla fizyki fundamentalnej. Otwiera drogę do celowego projektowania materiałów kwantowych, w których nietypowe stany magnetyczne mogą stać się podstawą przyszłych urządzeń — od sensorów po elementy obliczeń kwantowych. Najmniejsza zmiana rozmiarów atomowego „pokoju” radykalnie zmienia zachowanie całego „zbiorowiska” atomów.
Wyniki opublikowano w Journal of the American Chemical Society i już są postrzegane jako niezawodny punkt odniesienia do systematycznego poszukiwania nowych magnetycznych kwazikryształów i ich aproksymantów.
