Израильские ученые меняют магнитные свойства материалов

Израильские исследователи разработали новую технику управления магнитными свойствами материалов, которая основана на изучении природных процессов накопления минералов в живых организмах. 

Исследование (опубликованное в журнале Advanced Materials)  возглавляли профессор Боаз Покрой и докторант Арад Ланг из Департамента материаловедения и инженерии Техниона – Израильского технологического института в Хайфе, доктор Эльад Каспи и его группа из Института ядерных исследований. в Негеве, а также д-р Джорджия Конфалоньери и д-р Катрин Дежуа из Европейского центра синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, Франция.

Биоминералы — это структуры, создаваемые в природе почти всеми животными для самых разных целей, таких, как построение скелета, поддерживающего тело изнутри, или раковины моллюска, которая защищает его снаружи. Эти структуры характеризуются прежде всего отличными механическими свойствами - говоря проще, их достаточно трудно сломать. Одна из причин этого заключается в том, что внутри неорганической структуры минерала интегрированы органические молекулы (белки), которые служат своего рода «клеем», препятствующим распространению трещин внутри минерала.

Вдохновившись примером живой природы, исследователи в лаборатории профессора Покроя вырастили кристаллы минерального карбоната марганца (MnCO3) в присутствии аминокислот — строительных блоков белков. Оказалось, что и в этом синтетическом процессе органические молекулы (аминокислоты) также успешно интегрируются в кристаллическую структуру минерала. Эти молекулы отталкивают ионы марганца и карбоната друг от друга и создают искажения в структуре кристалла-хозяина.

Затем исследователи измерили магнитные свойства созданных кристаллов. При измерении, которое проводилось при очень низкой температуре (2 К, около -270 градусов Цельсия), стало ясно, что новый материал – карбонат марганца, содержащий аминокислоты – характеризуется более высокой магнитной восприимчивостью, чем исходный материал, что делает его гораздо более подверженным влиянию внешнего магнитного поля. Кроме того, по мере увеличения количества аминокислоты в материале реакция материала на поле становится еще сильнее. Также выяснилось, что пороговая температура (температурный максимум, при котором материал сохраняет магнитные свойства, или так называемая «температура Нееля»), снижается при введении аминокислот.

Кристаллы карбоната марганца без аминокислот (а) и с аминокислотами (б) под электронным микроскопом | Фото: Пресс-служба Техниона

Причиной таких изменений магнитных свойств является отдаление атомов друг от друга внутри кристалла, что ведет к ослаблению внутренних магнитных взаимодействий и как следствие - усилению влияния внешнего поля.

Это первый случай, когда исследователям удалось создать возможность управления магнитными свойствами материалов путем включения органических молекул, которые сами по себе не обладают магнитными свойствами. Новое израильское исследование, прокладывает путь к использованию небольших нетоксичных молекул для изменения магнитных свойств самых разных материалов, используемых во многих областях, включая медицину и микроэлектронику.

Источник: MFA
Фото: Пресс-служба Техниона; Pixabay.com