Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο στην Ιαπωνία, τα Πανεπιστήμια Cornell και Johns Hopkins στις ΗΠΑ και το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ στο Ηνωμένο Βασίλειο παρατήρησαν μεγάλο πιεζομαγνητισμό σε ένα αντισιδηρομαγνητικό υλικό, το μαγγάνιο-κασσίτερο (Mn3Sn). Το εύρημα θα μπορούσε να επιτρέψει σε αυτό το υλικό και άλλα παρόμοια να χρησιμοποιηθούν σε μνήμες υπολογιστών επόμενης γενιάς.
Τα αντισιδηρομαγνητικά υλικά είναι υποσχόμενοι υποψήφιοι για μελλοντικές συσκευές μνήμης υψηλής πυκνότητας για δύο βασικούς λόγους. Το πρώτο είναι ότι τα σπιν ηλεκτρονίων (τα οποία χρησιμοποιούνται ως δυαδικά ψηφία ή μονάδες δεδομένων) στους αντισιδηρομαγνήτες αναστρέφονται γρήγορα, σε συχνότητες στην περιοχή των terahertz. Αυτές οι γρήγορες ανατροπές περιστροφής είναι δυνατές επειδή οι περιστροφές σε αντισιδηρομαγνήτες τείνουν να ευθυγραμμίζονται αντιπαράλληλα μεταξύ τους, οδηγώντας σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των περιστροφών. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τους συμβατικούς σιδηρομαγνήτες, οι οποίοι έχουν παράλληλα σπιν ηλεκτρονίων.
Ο δεύτερος λόγος είναι ότι ενώ οι αντισιδηρομαγνήτες έχουν έναν εσωτερικό μαγνητισμό που δημιουργείται από το σπιν των ηλεκτρονίων τους, δεν έχουν σχεδόν καθόλου μακροσκοπική μαγνήτιση. Αυτό σημαίνει ότι τα κομμάτια μπορούν να συσκευαστούν πιο πυκνά καθώς δεν παρεμβαίνουν μεταξύ τους. Και πάλι, αυτό έρχεται σε αντίθεση με τους σιδηρομαγνήτες που χρησιμοποιούνται στη συμβατική μαγνητική μνήμη, οι οποίοι παράγουν αρκετά μεγάλη καθαρή μαγνήτιση.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν το καλά κατανοητό φαινόμενο Hall (στο οποίο ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο επάγει μια τάση σε έναν αγωγό σε κατεύθυνση κάθετη τόσο στο πεδίο όσο και στη ροή του ρεύματος) για να διαβάσουν τις τιμές των αντισιδηρομαγνητικών δυαδικών ψηφίων. Εάν οι περιστροφές στο αντισιδηρομαγνητικό bit αναστρέψουν όλες προς την ίδια κατεύθυνση, η τάση Hall αλλάζει πρόσημο. Το ένα σημάδι της τάσης, επομένως, αντιστοιχεί σε μια κατεύθυνση "σπιν προς τα πάνω" ή "1" και το άλλο σύμβολο σε "σπιν προς τα κάτω" ή "0".
Αλλαγή πινακίδας ελέγχου καταπόνησης
Στη νέα δουλειά, μια ομάδα με επικεφαλής τον Satoru Nakatsuji του Πανεπιστήμιο του Τόκιο χρησιμοποιημένος εξοπλισμός που αναπτύχθηκε από Κλίφορντ Χικς και συναδέλφους στο Μπέρμιγχαμ να τοποθετηθεί δείγμα Μν3Sn υπό πίεση. Mn3Ο Sn είναι ένας ατελής (Weyl) αντισιδηρομαγνήτης με ασθενή μαγνήτιση και είναι γνωστό ότι εμφανίζει ένα πολύ ισχυρό ανώμαλο φαινόμενο Hall (AHE), στο οποίο οι φορείς φορτίου αποκτούν μια συνιστώσα ταχύτητας κάθετη σε ένα εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο ακόμη και χωρίς εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο.
Οι ντοπαρισμένοι αντισιδηρομαγνήτες αλλάζουν ταχύτερα
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, τοποθετώντας διαφορετικούς βαθμούς καταπόνησης στο δείγμα, μπορούσαν να ελέγξουν τόσο το μέγεθος όσο και το πρόσημο του AHE του υλικού. «Από την ανακάλυψη του AHE από τον Edwin Hall το 1881, δεν έχει γίνει καμία αναφορά σχετικά με τον συνεχή συντονισμό του σημείου AHE κατά στέλεχος», λέει ο Nakatsuji. Κόσμος Φυσικής. «Εκ πρώτης όψεως, μπορεί να φανεί ότι η αγωγιμότητα του Hall, μια ποσότητα που είναι περίεργη υπό χρονική αντιστροφή, δεν μπορεί να ελεγχθεί από καταπόνηση, η οποία είναι ακόμη και υπό χρονική αντιστροφή. Ωστόσο, το πείραμα και η θεωρία μας αποδεικνύουν ξεκάθαρα ότι ένα πολύ μικροσκοπικό στέλεχος της τάξης του 0.1% μπορεί να ελέγξει όχι μόνο το μέγεθος αλλά και το πρόσημο του AHE.
Σημαντικό για τα αντισιδηρομαγνητικά σπιντρονικά
Η ομάδα λέει ότι ο έλεγχος του AHE με τη χρήση καταπόνησης θα είναι σημαντικός για τις λεγόμενες εφαρμογές «spintronics» που περιλαμβάνουν αντισιδηρομαγνητικά υλικά. Δεδομένου ότι η ημιμεταλλική κατάσταση Weyl του Mn3Το Sn μπορεί επίσης να αλλάξει ηλεκτρικά, η νέα ανακάλυψη κάνει το υλικό ακόμα πιο ελκυστικό για τη σπιντρονική, και μια σειρά από ομάδες σε όλο τον κόσμο εργάζονται τώρα για την κατασκευή του σε μορφή λεπτής μεμβράνης.
Η παρούσα εργασία περιγράφεται αναλυτικά στο Φυσική της Φύσης.
