W czasopiśmie „Reports on Progress in Physics” oraz w magazynie „Physics Today” ukazała się publikacja opisująca nowy mechanizm wyjaśniający zachowanie materiałów wykazujących gigantyczną magnetorezystancję. Jej autorami są dr hab. inż. Jacek Herbrych, prof. uczelni oraz prof. Marcin Mierzejewski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki; Adriana Moreo, Elbio Dagotto i Gonzalo Alvarez z Oak Ridge National Laboratory oraz Takami Tohyama z Tokyo University of Science.
W publikacji naukowcy przedstawili kompleksową analizę wzbudzeń magnetycznych w materiałach, w których ferromagnetyzm wynika z tzw. „mechanizmu podwójnej wymiany”. Są to układy, w których uporządkowanie magnetyczne powstaje w wyniku konkurencji między spinowymi, ładunkowymi i orbitalnymi stopniami swobody.
Tego typu układy interesują naukowców od końca lat 80. XX w., kiedy to dwa zespoły (Alberta Ferta z Université Paris-Sud oraz Petera Grünberga z Forschungszentrum Jülich) odkryły, że ich opór elektryczny zależy w dużym stopniu od wielkości zewnętrznego pola magnetycznego. Zjawisko to znane jest jako gigantyczna magnetorezystancja (GMR), a jego odkrycie doprowadziło do ogromnego wzrostu pojemności nowoczesnych dysków twardych, które włączają struktury GMR do swoich czujników pola magnetycznego. W 2007 r. Fert i Grünberg otrzymali za to Nagrodę Nobla.
– Pomimo dotychczasowych badań te materiały nadal pozostają tajemnicze, a kluczowym pytaniem jest to, w jaki sposób oddziaływania Coulomba między wieloma pojedynczymi elektronami prowadzą do uprządkowania się spinów w tych materiałach – mówi prof. Herbrych.
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej w swoich badaniach wykorzystali prosty, ale realistyczny model oddziałujących elektronów do przewidywania kwantowego zachowania spinów elektronów.
– W mechanice kwantowej coś, co jest z założenia „proste”, szybko może się jednak stać bardzo złożone. Materiały, w których dominuje mechanizm podwójnej wymiany, zazwyczaj wykazują zachowanie multiorbitalne. Minimalny model musi zatem obejmować ruch elektronów oddziaływania Coulomba i orbitalne stopnie swobody – wyjaśnia naukowiec.
– Przedstawione w pracy wyniki ograniczają się do jednego wymiaru, ale zawierają podstawy koncepcyjne, które można w przybliżeniu rozszerzyć na wyższe wymiary — mówi prof. Herbrych. – Wyniki nie tylko dostarczają wglądu w fizykę silnie skorelowanych układów, ale także w interakcję konkurujących faz obserwowane w tych materiałach, takich jak ferromagnetyzm, porządek orbitalny czy nadprzewodnictwo – dodaje.