קוואזי-חלקיקים הנקראים מירונים מופיעים באנטי-פרומגנט סינתטי בפעם הראשונה - עולם הפיזיקה

צוות בינלאומי של חוקרים זיהה לראשונה קוואזי-חלקיקים הנקראים מירונים באנטי-פרומגנט סינתטי. התוצאה עשויה להוביל למושגים חדשים עבור מכשירי ספינטרוניקה, המשתמשים במומנט המגנטי של האלקטרון, או בספין, כדי לאחסן ולעבד מידע.

מדענים מבקשים לנצל ספינים אלקטרונים בדרך זו מכיוון שהתקני זיכרון מחשב מבוססי ספינטרוניקה יהיו מהירים וקומפקטיים יותר מהאלקטרונים הטהורים של היום. לשאלה כיצד לבנות מכשירים כאלה בצורה הטובה ביותר, עדיין אין תשובה חד משמעית, אך מחקרים עדכניים רבים התמקדו במבנים הנקראים סקירמיונים כאבני בניין פוטנציאליים. מבנים אלה הם קוואזי-חלקיקים המורכבים ממספר רב של ספינים אלקטרונים וניתן לחשוב עליהם כמערבולת דו-ממדית (או "מרקמי ספין") בתוך חומר.

Skyrmions קיימים בחומרים מגנטיים רבים, כולל קובלט-ברזל-סיליקון והסרטים הדקים של מנגן-צורני שבו הם התגלו לראשונה. הם מועמדים אטרקטיביים לספינטרוניקה מכיוון שהם עמידים בפני הפרעות חיצוניות, מה שהופך אותם ליציבים במיוחד לאחסון ועיבוד המידע שהם מכילים. בקוטר של עשרות ננומטרים בלבד, הם גם קטנים בהרבה מהתחומים המגנטיים המשמשים לקידוד נתונים בכונני הדיסקים של ימינו, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור טכנולוגיות אחסון נתונים עתידיות כגון זיכרונות "מסלול מירוצים".

כמו סקירמיונים, מירונים מורכבים ממספר ספינים בודדים. בניגוד אליהם, השדות המגנטיים התועים שלהם הם זעירים, מה שיאפשר פעולות מהירות במיוחד וצפיפות אחסון מידע גבוהה עוד יותר בתוך מכשיר. עם זאת, עד כה, מירונים נצפו רק באנטי-פרומגנטים טבעיים, שם התברר שהם קשים לניתוח ולתמרן.

מינימום רגעים מגנטיים נטו

חוקרים ב אוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ (JGU) בגרמניה; אוניברסיטת טוהוקו, יפן; וה מתקן אור סינכרוטרון ALBA בספרד זיהו כעת מירונים באנטי-פרומגנטים סינתטיים העשויים מערימות רב-שכבתיות של שכבות פרומגנטיות בודדות המשולבות זו בזו. שלא כמו אנטי-פרומגנטים טבעיים, ניתן להכין חומרים סינתטיים אלו בצורה מבוקרת היטב תוך שימוש בטכניקות מבוססות כגון שקיעת ספוטר.

השליטה המעולה הזו אפשרה לצוות להתאים את אופן האינטראקציה של השכבות השונות, ובכך למזער את המומנטים המגנטיים שלהם. זה נותן למערכת יתרונות הן של אנטי-פרומגנטים (שבהם ספינים אלקטרונים נוטים להתיישר אנטי-מקבילים זה לזה) והן של פרומגנטים (שיש להם ספינים מקבילים של אלקטרונים). דוגמאות כוללות לא רק שדות מגנטיים תועים נמוכים, אלא גם טקסטורות הומוכירליות יציבות ודינמיקת ספין מהירה בתוך סביבה רב גבישית, מסבירה מונה בהוקטה, סטודנט לתואר שלישי ב-JGU ושותף למנהיג המחקר.

"בעבודתנו, ייצבנו בהצלחה את טקסטורות הספין הללו באנטי-פרומגנטים סינתטיים עם אניזוטרופיה קטנה מאוד של מישור קל (כך שהכיוון המועדף של המגנטיזציה טמון במישור הסרט) וצילמנו את המבנים המורכבים שלהם על ידי שילוב של מספר שיטות הדמיה." אומר בוכטה. השיטות שבהן השתמשו כללו מיקרוסקופיה של כוח מגנטי ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק עם ניתוח קיטוב וכן מיקרוסקופיה אלקטרונית פוטו-פליטה ספציפית לאלמנט באמצעות דיכרואיזם מעגלי מגנטי של קרני רנטגן.

הודות לטכניקות ההדמיה הללו, הצוות זיהה מספר טקסטורות ספין שונות בחומר המוערם. זה לא היה קל, שכן החוקרים נאלצו לצלם את הקוואזי-חלקיקים בצורה שתפתור את כל שלושת המרכיבים של וקטור המגנטיזציה לפני שהם יכלו להדגים באופן חד משמעי נוכחות של מירונים. החוקרים פיתחו גם מודל אנליטי כדי להבהיר את המנגנונים המייצבים מבנים כאלה במערכת שלהם. המטרה במקרה זה הייתה לקבוע את העובי האופטימלי של כל שכבה ולזהות את "חומרי המארחים" הטובים ביותר עבור מירונים.

נצפו גם מבנים קשורים

בנוסף לזהות מירונים, הצוות צפה גם במבנים קשורים כמו אנטימרונים ובימרונים מיוצבים טופולוגית באנטי-פרומגנטים הסינתטיים שלהם. שלא כמו בסקירמיונים, כיוון המגנטיזציה הנטו והשדה המתעורר המיוצר על ידי בימרונים הם אורתוגונליים הדדיים, מסביר בהוקטה.

"תכונה אופיינית זו מאפשרת לנו, למשל, לחקור ולתפעל ישירות את אפקט הול הטופולוגי באמצעות מרקמי ספין מירון", היא אומרת. עולם הפיזיקה. השפעה זו מתרחשת כאשר אלקטרונים זורמים דרך מוליך בנוכחות שדה מגנטי. השדה המגנטי המופעל מפעיל כוח צדדי על האלקטרונים, מה שמוביל להפרש מתחים פרופורציונלי לחוזק השדה. אם למוליך יש שדה מגנטי פנימי או מרקם ספין מגנטי, הדבר משפיע גם על האלקטרונים.

"אותות ההול מהבימרונים מספקים אמצעי ישיר לאיתור וכימות טופולוגיה, ומציעים לנו את האפשרות המרגשת לפתח טכנולוגיות מבוססות טופולוגיה מגנטית שבהן הטופולוגיה משמשת כנושאת המידע", אומר בהוקטה.

החוקרים, המפרטים את עבודתם ב תקשורת טבע, כעת מתכננים לחקור את האינטראקציה בין מירונים לשדות מגנטיים חיצוניים וזרמים חשמליים. "אנחנו גם רוצים ללמוד איך הם מקיימים אינטראקציה בינם לבין עצמם", אומר בוקטה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/quasiparticles-called-merons-appear-in-a-synthetic-antiferromagnet-for-the-first-time/