В новом исследовании впервые был отображен новый класс магнетизма, называемый альтермагнетизмом. Результаты могут привести к разработке новых устройств магнитной памяти с потенциалом увеличения скорости работы до тысячи раз.
Альтермагнетизм — это особая форма магнитного порядка, при которой крошечные составляющие магнитные строительные блоки выстраиваются антипараллельно своим соседям, но структура, в которой находится каждый из них, повернута относительно своих соседей.
Ученые из Школы физики и астрономии Ноттингемского университета показали, что этот новый третий класс магнетизма существует и может контролироваться в микроскопических устройствах. Результаты были опубликованы в журнале Nature.
Профессор Питер Уодли, возглавлявший исследование, объясняет: «Альтермагнетики состоят из магнитных моментов , которые направлены антипараллельно своим соседям. Однако каждая часть кристалла, содержащая эти крошечные моменты, повернута относительно своих соседей. Это похоже на антиферромагнетизм с изюминкой. Но это тонкое различие имеет огромные последствия».
Магнитные материалы используются в большинстве долговременной компьютерной памяти и микроэлектронных устройствах последнего поколения. Это не только огромная и жизненно важная отрасль, но и значительный источник глобальных выбросов углерода. Замена ключевых компонентов на альтернативные магнитные материалы приведет к огромному увеличению скорости и эффективности, а также имеет потенциал для значительного снижения нашей зависимости от редких и токсичных тяжелых элементов, необходимых для традиционной ферромагнитной технологии.
Альтермагниты объединяют в одном материале благоприятные свойства ферромагнетиков и антиферромагнетиков. Они обладают потенциалом привести к тысячекратному увеличению скорости микроэлектронных компонентов и цифровой памяти, будучи при этом более надежными и энергоэффективными.
Старший научный сотрудник Оливер Амин руководил экспериментом и является соавтором исследования. Он сказал: «Наша экспериментальная работа обеспечила мост между теоретическими концепциями и реализацией в реальной жизни, что, как мы надеемся, освещает путь к разработке альтернативных магнитных материалов для практического применения».
Новое экспериментальное исследование было проведено на международном объекте MAX IV в Швеции. Объект, который выглядит как гигантский металлический пончик, представляет собой ускоритель электронов, называемый синхротроном, который производит рентгеновские лучи.
Рентгеновские лучи направляются на магнитный материал, а электроны, испускаемые поверхностью, обнаруживаются с помощью специального микроскопа. Это позволяет получить изображение магнетизма в материале с разрешением мелких деталей вплоть до наномасштаба.
Аспирант Альфред Дал Дин последние два года изучает альтермагниты. Это еще один прорыв, который он увидел в ходе своего проекта. Он комментирует: «Быть среди первых, кто увидел эффект и свойства этого многообещающего нового класса магнитных материалов во время моей докторской диссертации, было чрезвычайно полезной и сложной привилегией».
