У лабораторіях Токійського університету науки та Університету Тохоку вчені виявили простий, але надійний орієнтир для передбачення магнітних властивостей складних сплавів. Розмір повторюваної структурної комірки кристала виявився точнішим, ніж звична концентрація електронів, розділяє різні типи магнетизму в матеріалах, споріднених із квазікристалами.
Дослідники вивчили кристали-апроксиманти типу Цзай — структури з вкладеними атомними кластерами, які повторюють особливості справжніх квазікристалів. У золотовмісних сполуках з алюмінієм або галієм і рідкісноземельними елементами (тербій, диспрозій, гольмій) магнітна поведінка залежала від параметра ґратки — відстані між повторюваними атомними вузлами.
При значенні більше 14,72 ангстрема виникав «вихровий» антиферомагнітний стан: магнітні моменти атомів вишиковувалися в упорядковану, але протилежно спрямовану конфігурацію. У вузькому інтервалі 14,62–14,72 ангстрема з'являвся вихровий феромагнетизм із загальною намагніченістю. Нижче цього порогу матеріал переходив у стан спінового скла — хаотичне заморожування моментів без дальнього порядку.
Раніше вчені орієнтувалися головним чином на число валентних електронів на атом. Цей показник працював нестабільно при зміні хімічного складу. Новий структурний критерій дав єдину фазову діаграму, яка тепер слугує практичною картою для пошуку й створення матеріалів із заданими магнітними властивостями.
Відкриття важливе не лише для фундаментальної фізики. Воно відкриває шлях до цілеспрямованого дизайну квантових матеріалів, де незвичайні магнітні стани можуть стати основою майбутніх пристроїв — від сенсорів до елементів квантових обчислень. Найменша зміна розмірів атомної «кімнати» радикально змінює поведінку цілого «колективу» атомів.
Результати опубліковано в Journal of the American Chemical Society і вже розглядаються як надійний орієнтир для систематичного пошуку нових магнітних квазікристалів та їхніх апроксимантів.
