Altermagnetyzm, nowo odkryta klasa magnetyzmu, oferuje potencjał do opracowania szybszych i wydajniejszych urządzeń pamięci magnetycznej, zwiększając prędkość działania nawet tysiąckrotnie.
Naukowcy z Uniwersytet w Nottingham wykazali, że ta trzecia klasa magnetyzmu, łącząca właściwości ferromagnetyzmu i antyferromagnetyzmu, może zrewolucjonizować pamięć komputera i zmniejszyć wpływ na środowisko poprzez zmniejszenie zależności od rzadkich pierwiastków.
Unikalne właściwości Altermagnetyzmu
W ramach przełomowego badania po raz pierwszy zobrazowano nowo odkryty rodzaj magnetyzmu zwany altermagnetyzmem. To odkrycie może utorować drogę do opracowania zaawansowanych urządzeń pamięci magnetycznej, które będą mogły działać nawet tysiąc razy szybciej niż obecne technologie.
Altermagnetyzm to wyjątkowy porządek magnetyczny, w którym maleńkie elementy magnetyczne układają się w przeciwnych (antyrównoległych) kierunkach, podobnie jak w przypadku antyferromagnetyzmu. Jednakże w przeciwieństwie do tradycyjnych materiałów antyferromagnetycznych struktury krystaliczne, w których znajdują się te momenty magnetyczne, są obracane względem siebie, tworząc wyraźny wzór magnetyczny.
Naukowcy z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu w Nottingham potwierdzili istnienie trzeciej klasy magnetyzmu i wykazali jego kontrolę w urządzeniach mikroskopowych. Ich ustalenia, opublikowane 11 grudnia w Naturastanowią znaczący krok w kierunku praktycznych zastosowań technologii nowej generacji.
Wyniki badań i potencjalne skutki
Profesor Peter Wadley, który kierował badaniem, wyjaśnia: „Altermagnetyki składają się z momentów magnetycznych, które są skierowane antyrównolegle do swoich sąsiadów. Jednakże każda część kryształu, w którym znajdują się te maleńkie momenty, jest obracana względem swoich sąsiadów. To jest jak antyferromagnetyzm z niespodzianką! Ale ta subtelna różnica ma ogromne konsekwencje.
Materiały magnetyczne stosowane są w większości długotrwałych pamięci komputerowych oraz w urządzeniach mikroelektronicznych najnowszej generacji. Jest to nie tylko ogromny i żywotny przemysł, ale także znaczące źródło globalnej emisji dwutlenku węgla. Zastąpienie kluczowych komponentów materiałami altermagnetycznymi doprowadziłoby do ogromnego wzrostu szybkości i wydajności, a jednocześnie mogłoby znacznie zmniejszyć naszą zależność od rzadkich i toksycznych ciężkich pierwiastków potrzebnych w konwencjonalnej technologii ferromagnetycznej.
Altermagnetyki łączą korzystne właściwości ferromagnetyków i antyferromagnesów w jeden materiał. Mają potencjał, aby doprowadzić do tysiąckrotnego zwiększenia szybkości komponentów mikroelektronicznych i pamięci cyfrowej, a jednocześnie są bardziej wytrzymałe i energooszczędne.
Badania eksperymentalne i perspektywy na przyszłość
Eksperymentem kierował starszy pracownik naukowy Oliver Amin i jest współautorem badania. Powiedział: „Nasza praca eksperymentalna zapewniła pomost między koncepcjami teoretycznymi a realizacją w życiu codziennym, co, miejmy nadzieję, oświetla drogę do opracowania materiałów altermagnetycznych do zastosowań praktycznych”.
Nowe badanie eksperymentalne przeprowadzono w międzynarodowym ośrodku MAX IV w Szwecji. Obiekt, który wygląda jak gigantyczny metalowy pączek, to akcelerator elektronów, zwany synchrotronem, wytwarzający promieniowanie rentgenowskie.
Na materiał magnetyczny naświetla się promienie rentgenowskie, a elektrony wydzielane z powierzchni wykrywa się za pomocą specjalnego mikroskopu. Umożliwia to wytworzenie obrazu magnetyzmu materiału z rozdzielczością małych cech aż do nanoskala.
Doktorant Alfred Dal Din od dwóch lat zajmuje się badaniem altermagnetyków. To już kolejny przełom, jaki zaobserwował podczas swojego projektu. Komentuje: „Bycie jedną z pierwszych osób, które podczas mojego doktoratu zobaczyły działanie i właściwości tej obiecującej nowej klasy materiałów magnetycznych, było niezwykle satysfakcjonującym i pełnym wyzwań przywilejem”.
Odniesienie: „Obrazowanie w skali nano i kontrola altermagnetyzmu w MnTe”: OJ Amin, A. Dal Din, E. Golias, Y. Niu, A. Zakharov, SC Fromage, CJB Fields, SL Heywood, RB Cousins, F. Maccherozzi, J .Krepaský, JH Dil, D. Kriegner, B. Kiraly, RP Campion, AW Rushforth, KW Edmonds, SS Dhesi, L. Šmejkal, T. Jungwirth i P. Wadley, 11 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08234-x
