/https%3A%2F%2Fs3.eu-central-1.amazonaws.com%2Fmedia.my.ua%2Ffeed%2F137%2Fc2b02147effda2254109dc71d5ba2dac.jpg)
Ученые открыли третий тип магнетизма — он улучшит накопители и поможет получить сверхпроводимость
Исследователи доказали существование третьего класса магнетизма — альтермагнетизма. Открытие позволит создавать скоростные магнитные накопители и облегчить разработку сверхпроводников.
«Раньше у нас было два хорошо известных типа магнетизма. Ферромагнетизм, где магнитные моменты, которые можно представить как маленькие стрелки компаса на атомной шкале, все указывают в одном направлении. А также антиферромагнетизм, где соседние магнитные моменты указывают в противоположных направлениях — вы можете представить это больше как шахматную доску чередования белых и черных клеток», — говорит автор исследования Оливер Амин, докторант Ноттингемского университета в Великобритании.
Спины электронов в электрическом токе указывают в одном из двух направлений и могут выравниваться вдоль или против этих магнитных моментов, чтобы хранить или переносить информацию, образуя основу устройств магнитной памяти.
Альтемагнитные материалы, впервые созданные в 2022 году, имеют структуру, которая находится где-то посередине. Каждый отдельный магнитный момент указывает в противоположном направлении, чем его сосед, как в антиферромагнитном материале. Но каждый немного закручен относительно соседнего магнитного атома, что приводит к некоторым новым ферромагнитным свойствам. Альтермагнетики сочетают в себе лучшие свойства как ферромагнитных, так и антиферромагнитных материалов.
«Преимущество ферромагнетиков заключается в том, что у нас есть простой способ чтения и записи данных в память с помощью этих верхних или нижних доменов. Но поскольку эти материалы имеют чистый магнетизм, эту информацию также легко потерять из-за прикосновения магнита», — говорит соавтор исследования Альфред Дал Дин, докторант Ноттингемского университета.
Напротив, антиферромагнитными материалами гораздо сложнее манипулировать для хранения информации. Поскольку они имеют нулевой магнетизм, хранение информации в этих материалах намного безопаснее, а скорость передачи лучше.
Альтермагнетикам присуща скорость и устойчивость антиферромагнетиков, но они также имеют важное свойство ферромагнетиков, которое называется нарушением обратной симметрии во времени. То есть если бы было возможно отмотать события во времени назад, частицы вели бы себя так же. Однако, поскольку электроны имеют как квантовый спин, так и магнитный момент, мысленный разворот времени и направления движения меняет вращение, то есть симметрия нарушается.
«Если вы посмотрите на эти две электронные системы — одну, где время идет нормально, а другую, где вы перематываете назад, — они выглядят по-разному, поэтому симметрия нарушается. Это позволяет существовать определенным электрическим явлениям», — объяснил Оливер Амин.
Команда во главе с Питером Уодли, профессором физики Ноттингемского университета, использовала технику под названием фотоэмиссионная электронная микроскопия для создания изображения структуры и магнитных свойств теллурида марганца, материала, который ранее считался антиферромагнитным.
Циркулярно поляризованный свет выявил различные магнитные домены, созданные нарушением симметрии во времени, тогда как горизонтально или вертикально поляризованные рентгеновские лучи позволили измерить направление магнитных моментов во всем материале. Объединив результаты обоих экспериментов, исследователи создали первую в истории карту отличных магнитных доменов и структур в альтермагнитном материале.
Имея это подтверждение концепции, команда изготовила серию альтермагнитных устройств, манипулируя внутренними магнитными структурами с помощью техники контролируемого теплового цикла.
«Мы смогли сформировать эти экзотические вихревые текстуры как в шестиугольных, так и в треугольных устройствах. Эти вихри привлекают все больше внимания в спинтронике как потенциальные носители информации, поэтому это был хороший первый пример того, как создать рабочее устройство», — говорит Оливер Амин.
Авторы исследования утверждают, что способность создавать изображения и управлять этой новой формой магнетизма может революционизировать дизайн устройств памяти следующего поколения с увеличением операционной скорости и повышенной устойчивостью и простотой использования. Альтермагнетизм также поможет в развитии сверхпроводимости: «Долгое время в симметрии между этими двумя областями существовала дыра, и этот класс магнитных материалов, который до сих пор оставался неуловимым, оказался недостающим звеном в головоломке», — отмечает Альфред Дал Дин. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: Space.com