Спин бежит сквозь фрустрацию экспресс
Магниты в этом кристалле ведут себя как гости на вечеринке, где каждый хочет сесть на один и тот же стул. Никто не может устроиться окончательно — и от этой неразберихи рождается особое состояние. В нём спиновый момент (то, что делает электрон крошечным магнитиком) умудряется пробежать 480 микрометров. Для сравнения: толщина человеческого волоса — около 80 микрометров, значит, спин преодолевает шесть таких толщин подряд.
Обычно в упорядоченных магнитах спин быстро рассеивается, как шёпот в шумной комнате. Здесь же, в гадолиний-галлиевом гранате, магнитные моменты атомов гадолиния не выстраиваются в строгий порядок, а постоянно колеблются. Компьютерное моделирование показало, что в этом состоянии нет привычных волн намагниченности — магнонов, зато есть сильные корреляции между соседними спинами. Они передают возбуждение по цепочке, словно эстафетную палочку, не теряя её по дороге.
Открытие даёт простой электрический способ заглядывать в запутанные магнитные состояния. А ещё фрустрированные магниты — материалы, где спины не могут найти общий порядок, — могут стать отличными проводниками для спиновых сигналов в будущих устройствах, которым не нужен обычный электрический ток.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.22802
Transport of spin angular momentum over large distance has been a long sought-after goal in the field of spintronics. While the majority of the research effort has been devoted to the spin transport properties of magnetically ordered materials, spin transport in magnetically frustrated materials has received little attention. Here, we report an anomalous state in frustrated hyperkagome magnetic insulator Gd3Ga5O12, where spin angular momenta can be transported over a long distance of 480 {\mu}m, far exceeding the transport distance of any diffusive spin current in magnetically ordered materials, to the best of our knowledge. Monte Carlo simulations reveal significant spin fluctuations, spin-spin correlations and an absence of conventional magnons in such anomalous state; while the response of the anomalous state to perturbation is found to be akin to an overdamped forced oscillator. We find close relation of such state to the correlated ``director'' state in the material. Our result provides an effective electrical technique to characterize spin-spin correlations and frustrations; it also unveils the potential of frustrated magnets as powerful channel materials for spin transport.
Гадолиний-галлиевый гранат используют в лазерах и оптоволокне, а теперь он оказался ещё и рекордсменом по дальности переноса спина.