Cercetătorii de la Universitatea din Tokyo din Japonia, Universitățile Cornell și Johns Hopkins din SUA și Universitatea din Birmingham din Marea Britanie au observat un piezomagnetism mare într-un material antiferomagnetic, mangan-staniu (Mn3Sn). Descoperirea ar putea permite ca acest material și altele asemănătoare să fie folosite în memoriile computerelor de generație următoare.
Materialele antiferomagnetice sunt candidați promițători pentru viitoarele dispozitive de memorie de înaltă densitate din două motive principale. Primul este că spinurile electronilor (care sunt utilizați ca biți sau unități de date) în antiferomagneți se răstoarnă rapid, la frecvențe în intervalul teraherți. Aceste rotații rapide sunt posibile deoarece învârtirile în antiferomagneți tind să se alinieze antiparalel unul cu celălalt, ceea ce duce la interacțiuni puternice între rotiri. Acest lucru contrastează cu feromagneții convenționali, care au spini electroni paraleli.
Al doilea motiv este că, în timp ce antiferomagneții au un magnetism intern creat de spinul electronilor lor, ei aproape că nu au magnetizare macroscopică. Aceasta înseamnă că biții pot fi împachetate mai dens, deoarece nu interferează unul cu celălalt. Din nou, acest lucru contrastează cu feromagneții folosiți în memoria magnetică convențională, care generează magnetizare netă considerabilă.
Cercetătorii folosesc efectul Hall bine înțeles (în care un câmp magnetic aplicat induce o tensiune într-un conductor într-o direcție perpendiculară atât pe câmp, cât și pe fluxul de curent) pentru a citi valorile biților antiferomagnetici. Dacă învârtirile din bitul antiferomagnetic se rotesc toate în aceeași direcție, tensiunea Hall își schimbă semnul. Un semn al tensiunii, prin urmare, corespunde unei direcții de „spin up” sau „1”, iar celălalt semn unei „spin down” sau „0”.
Tulpina controlează schimbarea semnului
În noua lucrare, o echipă condusă de Satoru Nakatsuji a Universitatea din Tokyo echipament folosit dezvoltat de Clifford Hicks si colegii de la Birmingham a plasa o mostră de Mn3Sn sub tensiune. Mn3Sn este un antiferomagnet imperfect (Weyl) cu o magnetizare slabă și se știe că prezintă un efect Hall anormal (AHE) foarte puternic, în care purtătorii de sarcină dobândesc o componentă de viteză perpendiculară pe un câmp electric aplicat chiar și fără un câmp magnetic aplicat.
Antiferomagneții dopați comută mai repede
Cercetătorii au descoperit că, punând diferite grade de tensiune pe eșantion, ar putea controla atât magnitudinea, cât și semnul AHE al materialului. „De la descoperirea AHE de către Edwin Hall în 1881, nu s-a făcut niciun raport cu privire la reglarea continuă a semnului AHE după tulpină”, spune Nakatsuji. Lumea fizicii. „La prima vedere, poate părea că conductivitatea Hall, o mărime care este ciudată în cazul inversării timpului, nu poate fi controlată de deformare, care este chiar în cazul inversării timpului. Cu toate acestea, experimentul și teoria noastră demonstrează în mod clar că o tulpină foarte mică de ordinul a 0.1% poate controla nu numai dimensiunea, ci și semnul AHE.
Important pentru spintronica antiferomagnetică
Echipa spune că posibilitatea de a controla AHE folosind tulpina va fi importantă pentru așa-numitele aplicații „spintronice” care implică materiale antiferomagnetice. Deoarece starea semimetalic Weyl a lui Mn3Sn poate fi comutat și electric, noua descoperire face ca materialul să fie și mai atractiv pentru spintronica, iar o serie de grupuri din întreaga lume lucrează acum la fabricarea lui sub formă de peliculă subțire.
Lucrarea de față este detaliată în Fizica naturii.
