Учёные из России и Германии разработали методику, которая позволяет заранее прогнозировать как будет меняться электрическое сопротивление материала в магнитном поле. Это помогает более детально изучить поведение магнитных кристаллов и проектировать компоненты для электроники с заданными характеристиками.
Обычно магнитное поле увеличивает сопротивление металла и электронам становится сложнее двигаться из-за действующей на них силы Лоренца. Но в некоторых слоистых магнитных материалах происходит обратное: при включении магнитного поля сопротивление уменьшается и это магнитосопротивление не зависит от направления электрического тока и магнитного поля. Учёные наблюдали этот эффект во многих материалах, но объяснения ему не было.
Исследователи НИТУ МИСИС, Института электрофизики УрО РАН, Института химии твёрдого тела УрО РАН, Центра «Высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов» им. В.Л. Гинзбурга и Института исследований твёрдого тела и материалов имени Лейбница (Германия) выяснили, что причина во внутреннем строении таких кристаллов. В этих материалах соседние атомы ведут себя как магниты, направленные в разные стороны, что влияет на поведение электронов: они распределяются между слоями кристалла неравномерно и сильнее рассеиваются на дефектах, что увеличивает сопротивление. Когда материал помещают в магнитное поле, магнитный порядок ослабевает, электроны распределяются более равномерно, рассеяние уменьшается — и сопротивление падает.
«Разработанная модель позволяет не просто описать этот процесс, но и рассчитать, насколько изменится сопротивление. Более того, по таким измерениям можно определить важные параметры электронной структуры материала. То есть эффект становится инструментом диагностики взаимодействия магнитного порядка с электронами проводимости», — сказал д.ф.-м.н. Павел Григорьев, профессор кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН.
Модель проверили на слоистом антиферромагнитном материале EuSn₂As₂ — соединении европия, олова и мышьяка. Расчёты совпали с экспериментальными данными: теория правильно воспроизводит величину снижения сопротивления и его зависимость от магнитного поля.
«Предложенный механизм универсален и подходит для широкого класса слоистых антиферромагнитных металлов. Он описывает эффект как естественное свойство их электронной структуры, а не как случайную особенность конкретного образца. Результаты важны для развития спинтроники — области электроники, где используется не только заряд электрона, но и его спин. Понимание того, как магнитный порядок влияет на проводимость, помогает точнее создавать материалы с заданными характеристиками», — добавил Павел Григорьев.
Работа опубликована в журнале Communications Materials (Q1). Советом по физике низких температур Отделения физических наук РАН статья признана одной из пяти лучших в 2025 году.
Исследование соответствует стратегической цели Университета МИСИС в рамках программы «Приоритет-2030»: разработка востребованных технологических продуктов мирового уровня.
