A japán Tokiói Egyetem, az amerikai Cornell és a Johns Hopkins Egyetem, valamint a brit Birmingham Egyetem kutatói nagy piezomágnesességet figyeltek meg egy antiferromágneses anyagban, a mangán-ónban (Mn3Sn). A felfedezés lehetővé teheti, hogy ezt az anyagot és más hasonló anyagokat felhasználják a következő generációs számítógépes memóriákban.
Az antiferromágneses anyagok két fő okból ígéretes jelöltek a jövőbeni nagy sűrűségű memóriaeszközök számára. Az első az, hogy az elektron spinek (amelyeket bitként vagy adategységként használnak) az antiferromágnesekben gyorsan átbillennek, a terahertzes tartományba eső frekvenciákon. Ezek a gyors forgási átfordulások azért lehetségesek, mert az antiferromágnesek pörgései hajlamosak egymással ellentétes irányba illeszkedni, ami erős kölcsönhatásokhoz vezet a pörgetések között. Ez ellentétben áll a hagyományos ferromágnesekkel, amelyek párhuzamos elektronpörgésekkel rendelkeznek.
A második ok az, hogy míg az antiferromágneseknek van egy belső mágnesességük, amelyet elektronjaik spinje hoz létre, addig makroszkopikus mágnesezettségük szinte nincs. Ez azt jelenti, hogy a biteket sűrűbben lehet becsomagolni, mivel nem zavarják egymást. Ez ismét ellentétben áll a hagyományos mágneses memóriában alkalmazott ferromágnesekkel, amelyek jelentős nettó mágnesezést generálnak.
A kutatók a jól érthető Hall-effektust (amelyben az alkalmazott mágneses tér feszültséget indukál a vezetőben a mezőre és az áram áramlására is merőleges irányban) használják az antiferromágneses bitek értékeinek kiolvasására. Ha az antiferromágneses bit forgásai ugyanabba az irányba fordulnak, a Hall feszültség előjelet vált. A feszültség egyik előjele tehát a „pörgés fel” iránynak vagy „1”, a másik jele pedig a „pörgés le” vagy „0”-nak.
A feszültségszabályozás jelének változása
Az új munkában egy csapat vezette Satoru Nakatsuji az Tokiói Egyetem által kifejlesztett használt berendezések Clifford Hicks és kollégái a címen Birmingham mintát helyezni Mn3Sn feszültség alatt. Mn3Az Sn egy tökéletlen (Weyl) antiferromágnes, gyenge mágnesezettséggel, és ismert, hogy nagyon erős anomális Hall-effektust (AHE) mutat, amelyben a töltéshordozók az alkalmazott elektromos térre merőleges sebességkomponenst kapnak mágneses tér nélkül is.
Az adalékolt antiferromágnesek gyorsabban kapcsolnak
A kutatók azt találták, hogy a minta különböző fokú igénybevételével szabályozni tudják az anyag AHE-jének nagyságát és előjelét. „Mióta Edwin Hall 1881-ben felfedezte az AHE-t, nem készült jelentés az AHE jel folyamatos, feszültségenkénti hangolásáról” – mondja Nakatsuji. Fizika Világa. „Első pillantásra úgy tűnhet, hogy a Hall vezetőképesség, egy olyan mennyiség, amely az idő megfordítása esetén páratlan, nem szabályozható alakváltozással, amely még időfordítás alatt is van. Kísérletünk és elméletünk azonban egyértelműen bizonyítja, hogy egy nagyon apró, 0.1%-os nagyságrendű törzs nem csak a méretét, hanem az AHE előjelét is szabályozni tudja.”
Fontos az antiferromágneses spintronika számára
A csapat azt állítja, hogy az antiferromágneses anyagokat használó úgynevezett „spintronikai” alkalmazásoknál fontos lesz az AHE feszültséggel történő szabályozása. Mivel a Mn Weyl félfémes állapota3Az Sn elektromosan is kapcsolható, az új felfedezés még vonzóbbá teszi az anyagot a spintronika számára, és világszerte számos csoport dolgozik a vékonyréteg formájú legyártásán.
A jelen munka részletesen a Természetfizika.
