Крошечный магнит из слоёв серы, хрома и брома лежит на столике микроскопа. Внутри него, как случайные гости, сидят атомы эрбия — редкоземельного металла. Эти атомы умеют светиться, если их подсветить лазером, и их свет рассказывает о том, что творится вокруг.
Обычно магнитные свойства изучают снаружи: пучком частиц или лучом света, который отражается от поверхности. Но тогда сигнал усредняется по большому куску материала — как если бы о настроении толпы судили по общему гулу, не слыша отдельных голосов. Здесь же атомы эрбия работают как микрофоны, расставленные внутри самой толпы.
Когда образец охладили до трёх кельвинов (минус 270 градусов Цельсия), свечение атомов эрбия резко изменилось. При нагреве обратно изменения повторились, но с задержкой — как будто магнитная «память» не хотела отпускать. Минимум яркости пришёлся на 132 кельвина (минус 141 градус) — именно при этой температуре, как считалось, магнитный порядок в CrSBr исчезает.
Но самое интересное: атомы-маячки продолжали подавать сигналы о порядке даже при температурах выше 132 кельвинов. Значит, на наноуровне — в областях размером в десятки атомов — порядок сохраняется дольше, чем в среднем по кристаллу. Будто в толпе, которая разбрелась, остались небольшие группы, всё ещё марширующие строем.
Добавили слабое магнитное поле — всего 0,3 тесла, как у магнитика на холодильнике. Температура, при которой пропадал порядок, сдвинулась на восемь градусов вверх. Поле слегка «подтолкнуло» атомы к дружному поведению.
Такие встроенные светящиеся датчики могут помочь создавать магнитные сенсоры, которые видят не среднюю картину, а детали на атомном масштабе. И, возможно, управлять магнитным состоянием в устройствах будущего — тонких, быстрых и не боящихся нагрева.
Эрбий светится в телеком-диапазоне — на длине волны около 1,5 микрометра. Именно этот свет бежит по оптоволокну в интернете, поэтому сигнал от атомов-маячков можно передавать по обычным линиям связи.
Идея встроенных «светящихся глаз», которые видят то, что скрыто от внешних наблюдателей, напоминает нейтринные детекторы в фантастике — только здесь детекторы размером с атом.