Tutkijat Tokion yliopistossa Japanissa, Cornellin ja Johns Hopkinsin yliopistoissa Yhdysvalloissa ja Birminghamin yliopistossa Isossa-Britanniassa ovat havainneet suurta pietsomagnetismia antiferromagneettisessa materiaalissa, mangaani-tinassa (Mn3Sn). Löydös voisi mahdollistaa tämän materiaalin ja muiden vastaavien käytön seuraavan sukupolven tietokonemuisteissa.
Antiferromagneettiset materiaalit ovat lupaavia ehdokkaita tuleville suuritiheyksisille muistilaitteille kahdesta syystä. Ensimmäinen on se, että antiferromagneettien elektronien spinit (jota käytetään bitteinä tai datayksiköinä) kääntyvät nopeasti terahertsialueen taajuuksilla. Nämä nopeat pyörimiskäännökset ovat mahdollisia, koska antiferromagneettien spineillä on taipumus kohdistaa vastasuuntaisesti toisiinsa, mikä johtaa voimakkaaseen vuorovaikutukseen spinien välillä. Tämä eroaa tavanomaisista ferromagneeteista, joilla on rinnakkaiset elektronikierrokset.
Toinen syy on se, että vaikka antiferromagneeteilla on elektronien spinin synnyttämä sisäinen magnetismi, niillä ei juuri ole makroskooppista magnetoitumista. Tämä tarkoittaa, että bittejä voidaan pakata tiheämmin, koska ne eivät häiritse toisiaan. Tämä taas on ristiriidassa tavanomaisessa magneettisessa muistissa käytettyjen ferromagneettien kanssa, jotka tuottavat huomattavan nettomagnetisoinnin.
Tutkijat käyttävät hyvin ymmärrettyä Hall-ilmiötä (jossa käytetty magneettikenttä indusoi johtimeen jännitteen suunnassa, joka on kohtisuorassa sekä kentän että virran virran suhteen) antiferromagneettisten bittien arvojen lukemiseen. Jos antiferromagneettisen bitin kierrokset kääntyvät kaikki samaan suuntaan, Hall-jännite muuttaa etumerkkiä. Yksi jännitteen merkki vastaa siis "spin up" -suuntaa tai "1" ja toinen merkki "spin down" tai "0".
Jännityssäätimen merkkimuutos
Uudessa työssä johtama tiimi Satoru Nakatsuji että Tokion yliopisto kehittämä käytetyt laitteet Clifford Hicks ja kollegat osoitteessa Birmingham asettaaksesi näytteen Mn:stä3Sn rasituksen alaisena. Mn3Sn on epätäydellinen (Weyl) antiferromagneetti, jolla on heikko magnetointi ja sen tiedetään osoittavan erittäin voimakasta poikkeavaa Hall-ilmiötä (AHE), jossa varauksenkuljettajat hankkivat nopeuskomponentin, joka on kohtisuorassa käytettyyn sähkökenttään jopa ilman käytettyä magneettikenttää.
Seostetut antiferromagneetit vaihtuvat nopeammin
Tutkijat havaitsivat, että asettamalla näytteeseen eriasteista rasitusta he pystyivät hallitsemaan sekä materiaalin AHE:n suuruutta että merkkiä. "Sen jälkeen kun Edwin Hall löysi AHE:n vuonna 1881, AHE-merkin jatkuvasta virittämisestä ei ole tehty raporttia", Nakatsuji kertoo. Fysiikan maailma. ”Ensi silmäyksellä saattaa vaikuttaa siltä, että Hallin johtavuutta, suurea, joka on outo ajan käänteessä, ei voida kontrolloida jännityksellä, joka on jopa ajan käänteessä. Kokeilumme ja teoriamme osoittavat kuitenkin selvästi, että hyvin pieni, luokkaa 0.1 % oleva kanta voi hallita AHE:n koon lisäksi myös merkkiä."
Tärkeää antiferromagneettiselle spintroniikalle
Tiimi sanoo, että AHE:n hallinta rasituksen avulla on tärkeää niin kutsutuissa "spintroniikka"-sovelluksissa, joissa käytetään antiferromagneettisia materiaaleja. Koska Weylin puolimetallitila Mn3Sn voidaan kytkeä myös sähköisesti, uusi löytö tekee materiaalista entistä houkuttelevamman spintroniikassa, ja monet ryhmät ympäri maailmaa työskentelevät parhaillaan sen valmistamiseksi ohutkalvomuodossa.
Tämä työ on kuvattu yksityiskohtaisesti Luontofysiikka.
