Японское агентство по атомной энергии обнаружило магнитные «волны усиления и ослабления» в урановом полупроводнике

Японское агентство по атомной энергии 21 августа опубликовало сообщение о том, что исследовательская группа обнаружила в слоистом урановом полупроводнике α-UTe3 (α-трителлуриде урана) особую магнитную структуру: магнитные моменты атомов урана не только поочерёдно направлены в противоположные стороны, но и их намагниченность периодически усиливается или ослабевает в зависимости от положения в кристалле, образуя состояние, подобное «волнам усиления и ослабления».

α-UTe3 состоит из атомов урана и теллура, относится к слоистым материалам Ван-дер-Ваальса, где атомные слои удерживаются слабыми силами взаимодействия. Исследовательская группа провела анализ низкотемпературной магнитной структуры высококачественных монокристаллов α-UTe3, используя измерения удельного сопротивления, удельной теплоёмкости, намагниченности, а также методы ядерного магнитного резонанса и дифракции нейтронов на монокристаллах. Результаты показали, что данный материал обладает низкой электропроводностью, относится к полупроводникам и демонстрирует антиферромагнитные свойства при температуре ниже примерно 5 кельвинов.

В обычных антиферромагнетиках соседние магнитные моменты направлены противоположно и примерно равны по величине. Однако в ходе данного исследования было обнаружено, что в α-UTe3 магнитные моменты атомов урана ориентированы вдоль кристаллографической оси a, их направление поочерёдно меняется в цепочках атомов урана, выстроенных вдоль оси b, при этом величина магнитных моментов не является фиксированной, а периодически изменяется в зависимости от пространственного положения. Поскольку этот магнитный период не совпадает с периодом атомного расположения, исследовательская группа определила данное явление как «антиферромагнетизм с рассогласованной модуляцией амплитуды».

Исследователи отметили, что подобное состояние с периодическим изменением намагниченности обычно чаще встречается в металлических материалах, поскольку электроны в металлах могут свободно перемещаться внутри кристалла. В то же время в таких полупроводниках, как α-UTe3, электроны, несущие магнитные свойства, в основном локализованы вблизи атомов урана, и традиционно считалось, что магнитная интенсивность отдельных атомов в таких материалах относительно постоянна. Таким образом, данное открытие расширяет понимание магнитных упорядоченных состояний в полупроводниках.

Исследовательская группа полагает, что магнитные моменты атомов урана в α-UTe3 обладают выраженной направленностью, а расположение атомов урана образует цепочечные и равнобедренные треугольные структуры, что приводит к конкуренции магнитных взаимодействий и, возможно, в совокупности способствует возникновению магнитных «волн усиления и ослабления».

Данные результаты были опубликованы 7 августа 2026 года в журнале Американского физического общества «Physical Review B» и были отобраны в качестве рекомендованной редакцией статьи. Исследовательская группа заявила, что на следующем этапе планирует изучить, как изменяются период магнитных «волн усиления и ослабления» и температура возникновения антиферромагнетизма при утончении кристаллов, внедрении других элементов между слоями или приложении давления, с целью поиска новых методов управления магнитными свойствами слоистых магнитных материалов.