Ученые объяснили необычные свойства «четырехмерного» оксида железа

Международная группа ученых при участии специалистов Московского государственного университета имени Михаила Ломоносова исследовала поведение недавно открытого нового оксида железа Fe4O5, описала его сложную структуру и предложила объяснение его необычным свойствам. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry.

Ученые выяснили, что в оксиде железа Fe4O5 при охлаждении ниже температуры 150 кельвинов происходит необычный фазовый переход, связанный с образованием волн зарядовой плотности и приводящий к образованию «четырехмерной» кристаллической структуры. Дальнейшее исследование этого материала будет интересным с точки зрения фундаментального понимания взаимосвязи между магнитной и кристаллической структурой.

«Мы обнаружили, — комментирует соавтор исследования Артем Абакумов из МГУ, — что здесь, как и в магнетите, при охлаждении ниже критической температуры примерно в 150 кельвинов тоже образуется довольно необычная структура. Это нечто среднее между классическими волнами зарядовой плотности с образованием димеров и картиной с тримеронами, наблюдаемой у магнетита».

Fe4O5 не проявляет свойства сегнетоэлектрика. Магнетит относится к классу так называемых мультиферроиков — материалов, в которых одновременно наблюдается два вида упорядочения — магнитное и электрическое. Если эти упорядочения связаны между собой, то, воздействуя магнитным полем на материал, можно менять его электрическую поляризацию, и наоборот — менять его намагниченность, воздействуя электрическим полем.

«В этом случае, — говорит Артем Абакумов, — у нас возникает бифункциональный материал, который интересен не только с точки зрения фундаментальной физики или химии твердого тела, но и с точки зрения практического применения. Его можно использовать в качестве датчиков, например, сенсоров магнитного поля. Проблема лишь в том, что, как правило, связь магнитного и электрического порядка очень слаба и проявляет себя при низкой температуре».