Впервые физики наблюдали новую форму магнетизма, которая может проложить путь к созданию сверхбыстрых и энергоэффективных запоминающих устройств.
Магнитная сила в действии.
Источник: iStock
Физики MIT обнаружили новую форму магнетизма, которую можно использовать для создания более плотных и менее энергоемких чипов памяти с более высокой скоростью. Физики назвали эту новую форму «p-волновым магнетизмом».
Эта новая форма магнетизма состоит из двух форм: ферромагнетизма и антиферромагнетизма. Ферромагнетизм обнаружен в магнитах на холодильнике и стрелках компаса, в то время как антиферромагнетизм существует в материалах, которые имеют очень слабые магнитные свойства.
Это открытие Массачусетского технологического института пополняет растущий массив новаторских исследований в области нетрадиционного магнетизма, включая прорыв, достигнутый Швейцарской высшей технической школой Цюриха два года назад, где ученые обнаружили новую форму ферромагнетизма в материале, созданном в лабораторных условиях.
О чем говорят наблюдения?
В обычных магнитах электроны вращаются в одном направлении, создавая магнитное поле. В антиферромагнетиках спины чередуются и нейтрализуют друг друга, не проявляя общего магнетизма.
Недавно обнаруженный p-волновой магнетизм — это лабораторно созданный материал под названием йодид никеля (Nil2). В этой форме электронные спины образуют спиральные, зеркальные узоры, сочетающие черты как ферромагнетиков, так и антиферромагнетиков, но с совершенно уникальной структурой.
Исследователи также обнаружили, что они могут переворачивать спиральный спиновой рисунок в материале, используя небольшое электрическое поле. Это «переключение спинов» позволяет им менять левосторонние спины на правосторонние и наоборот.
Этот процесс является ключевым для спинтроники, новой технологической идеи, которая использует спин электрона вместо заряда для хранения данных. Это может привести к устройствам, которые будут хранить больше данных, потребляя при этом гораздо меньше энергии.
«Мы показали, что этой новой формой магнетизма можно управлять электрически», — сказал Цянь Сун, научный сотрудник Лаборатории исследований материалов Массачусетского технологического института. «Этот прорыв прокладывает путь новому классу сверхбыстрых, компактных, энергоэффективных и энергонезависимых устройств магнитной памяти».
Взгляд на историю
Это открытие является расширением работы, проделанной командой Риккардо Комина в 2022 году. Они обнаружили, что спины атомов никеля образуют спиральные узоры, которые могут вращаться в двух разных направлениях.
Тогда команда не обнаружила, что этот шаблон можно использовать для управления электронными спинами.
Позже физик Рафаэль Фернандес и другие теоретики связали этот спиральный узор с p-волновым магнетизмом. По их мнению, приложение электронного поля может изменить направление спирали, а вместе с ней и направление спина движущихся электронов.
Это означает, что материал может облегчить управление электронными спинами, что очень полезно для будущей спинтронной технологии.
«В то время это была совершенно новая идея, и мы решили проверить ее экспериментально, поскольку поняли, что иодид никеля является хорошим кандидатом для демонстрации такого рода магнитного эффекта p-волны», — сказал Комин.
Прорыв в будущее
В своем новом исследовании ученые создали тонкие чешуйки йодида никеля и обнаружили p-волновой магнетизм. Освещая материал циркулярно поляризованным светом, они подтвердили, что электронные спины выстраиваются в спиральную структуру спина атомов никеля, что является ключевой особенностью p-волновых магнитов.
Этот прорыв может позволить создавать высокоэнергоэффективные спинтронные устройства, которые потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционная электроника. Хотя в настоящее время этот эффект работает только при сверхнизких температурах, ученые теперь стремятся найти аналогичные материалы, которые работают при комнатной температуре для практического применения.
«Мы рады видеть, что эти передовые эксперименты подтверждают наше предсказание спин-поляризованных состояний p-волны», — сказал Либор Шмейкал, руководитель исследовательской группы Общества Макса Планка в Дрездене, Германия.
«Демонстрация электрически переключаемой спиновой поляризации p-волны также подчеркивает многообещающие возможности применения нетрадиционных магнитных состояний».
Это открытие знаменует собой важный шаг к будущему сверхэффективной технологии памяти высокой плотности. Пока еще на ранних стадиях, p-волновой магнетизм может произвести революцию в спинтронике — если ученые смогут раскрыть его потенциал при комнатной температуре.
Sourse: interestingengineering.com
