Кристалл растёт не как единое целое, а как город из кварталов — зёрен. В каждом квартале атомы выстроены по-своему, и границы между ними — как улицы. В новом эксперименте физики заглянули в такой кристалл с помощью микроскопа, чувствительного к магнитному полю, и увидели, что магнитные участки внутри него в точности повторяют границы кварталов.

Материал — тонкая плёнка из теллурида висмута-сурьмы с добавкой ванадия. При низкой температуре он проводит электричество без потерь по краю, а внутри остаётся изолятором. Это свойство называют квантовым аномальным эффектом Холла. Магнетизм здесь — как клей, который держит краевой ток. Но как именно намагничены зёрна, долго оставалось загадкой. Одни опыты намекали, что весь кристалл — один большой магнит, другие — что он состоит из множества мелких, независимых.

Учёные меняли внешнее магнитное поле и смотрели, как перестраиваются участки намагниченности. Оказалось, что они не возникают в случайных местах, а разрастаются от уже существующих — как пятно, которое расширяется, а не как новые кляксы. Это типично для ферромагнетиков, где соседние атомы стремятся выстроиться в одну сторону. Но размер участков совпал с размером кристаллических зёрен. Значит, внутри зерна действуют короткодействующие силы, а между зёрнами — дальнодействующая связь, которая и объединяет их в единый магнит.

Раньше похожий материал с хромом вёл себя иначе: там магнитные участки не совпадали с границами зёрен. Теперь ясно, что разные добавки по-разному влияют на магнитный порядок. Это важно для будущих электронных устройств, где квантовый эффект Холла может пригодиться для точных измерений или хранения информации.