Kostka pyritu. Kredit: DidierDescouens / Wikimedia Commons.

Feromagnetismus je jednou z nejsilnějších forem magnetismu a je základem pro všechny permanentní magnety. Objevuje se v materiálech, v nichž má většina elektronů spin uspořádaný stejným směrem. Naopak v nemagnetických materiálech jsou elektrony navzájem uspořádány tak, že jejich opačné spiny vylučují přítomnost magnetického pole.

Chris Leighton. Kredit: University of Minnesota.

Chris Leighton z americké University of Minnesota a jeho tým teď poprvé použili elektřinu k tomu, že přeměnili původně nemagnetický materiál na magnetický. Jejich výzkum by se mohl stát základem pro výrobu elektronických komponent z běžných materiálů, které dnes nepovažujeme za vhodné pro tento účel.

Přirozeně feromagnetických materiálů je jen málo. Nejběžnější z nich je železo, kobalt a nikl, a pak také samozřejmě jejich slitiny. To je pro odborníky, co stavějí elektronická zařízení, poněkud omezující. Teď by se to ale mohlo změnit. Leightonův tým vyvolal magnetismus v materiálu, který je obvykle zcela nemagnetický. Jde o pyrit, čili kyz železný či kočičí zlato, chemicky disulfid železnatý. Je to velmi hojný minerál, který vzniká v širokém rozmezí podmínek.

Leighton s kolegy použili ve svém výzkumu metodu řízení elektrolytem (electrolyte gating). Nejprve umístili pyrit do kontaktu s elektrolytem, iontovou kapalinou, kterou přirovnali ke sportovnímu „ionťáku“ Gatorade. Pak do toho pustili trochu elektřiny. Jeden jediný volt. V důsledku toho se kladně nabité molekuly přesunuly do oblastí, kde se dotýkal pyrit s elektrolytem. Přitom vznikla měřitelná magnetická síla. Jakmile vědci zmíněnou elektřinu vypnuli, tak ihned zmizel i pozorovaný magnetismus. To by se mohlo velice hodit v elektronických aplikacích.

University of Minnesota, logo.

Jak se přiznal Leighton, badatelé byli dost překvapeni, že to funguje. Když spustili elektřinu, tak tím vlastně do materiálu nalili elektrony. Vypadá to, že když je v nějakém materiálu dostatečná koncentrace elektronů, tak se takový materiál samovolně „chce“ stát feromagnetickým. Jak se zdá, kočičí zlato se v novém tisíciletí rozhodně neztratí.

Podle autorů studie má tenhle postup velký potenciál. Když se jim takový trik povedl u pyritu, tak je v podstatě možné odhadnout, že se to v dalších materiálech nejspíš podaří taky. V minulosti se již podařilo změnit nemagnetické materiály na magnetické odstraněním části elektronů, čímž se změnil poměr spinů elektronů v takovém materiálu. Teď je to ale prý poprvé, kdy byl nemagnetický materiál zmagnetizován pomocí elektřiny. Výzkum pokračuje a badatelé hodlají dál studovat změny magnetické povahy materiálů za různých okolností.

Literatura

University of Minnesota 29. 7. 2020.

Science Advances 6: eabb7721.