Международная группа ученых при участии специалистов Московского государственного университета имени Михаила Ломоносова исследовала поведение недавно открытого нового оксида железа Fe4O5, описала его сложную структуру и предложила объяснение его необычным свойствам. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry.

Ученые выяснили, что в оксиде железа Fe4O5 при охлаждении ниже температуры 150 кельвинов происходит необычный фазовый переход, связанный с образованием волн зарядовой плотности и приводящий к образованию «четырехмерной» кристаллической структуры. Дальнейшее исследование этого материала будет интересным с точки зрения фундаментального понимания взаимосвязи между магнитной и кристаллической структурой.

«Мы обнаружили, — комментирует соавтор исследования Артем Абакумов из МГУ, — что здесь, как и в магнетите, при охлаждении ниже критической температуры примерно в 150 кельвинов тоже образуется довольно необычная структура. Это нечто среднее между классическими волнами зарядовой плотности с образованием димеров и картиной с тримеронами, наблюдаемой у магнетита».

Fe4O5 не проявляет свойства сегнетоэлектрика. Магнетит относится к классу так называемых мультиферроиков — материалов, в которых одновременно наблюдается два вида упорядочения — магнитное и электрическое. Если эти упорядочения связаны между собой, то, воздействуя магнитным полем на материал, можно менять его электрическую поляризацию, и наоборот — менять его намагниченность, воздействуя электрическим полем.

«В этом случае, — говорит Артем Абакумов, — у нас возникает бифункциональный материал, который интересен не только с точки зрения фундаментальной физики или химии твердого тела, но и с точки зрения практического применения. Его можно использовать в качестве датчиков, например, сенсоров магнитного поля. Проблема лишь в том, что, как правило, связь магнитного и электрического порядка очень слаба и проявляет себя при низкой температуре».