Исследователи из Токийского университета в Японии, Корнеллского университета и Университета Джона Хопкинса в США и Университета Бирмингема в Великобритании наблюдали сильный пьезомагнетизм в антиферромагнитном материале, марганце-олово (Mn3Сн). Открытие может позволить использовать этот материал и другие подобные ему в компьютерной памяти следующего поколения.
Антиферромагнитные материалы являются многообещающими кандидатами для будущих устройств памяти высокой плотности по двум основным причинам. Во-первых, спины электронов (которые используются в качестве битов или единиц данных) в антиферромагнетиках быстро переворачиваются на частотах в терагерцовом диапазоне. Эти быстрые перевороты спинов возможны, потому что спины в антиферромагнетиках имеют тенденцию выстраиваться антипараллельно друг другу, что приводит к сильному взаимодействию между спинами. Это контрастирует с обычными ферромагнетиками, которые имеют параллельные электронные спины.
Вторая причина заключается в том, что, хотя антиферромагнетики обладают внутренним магнетизмом, создаваемым вращением их электронов, они почти не имеют макроскопической намагниченности. Это означает, что биты могут быть упакованы более плотно, поскольку они не мешают друг другу. Опять же, это контрастирует с ферромагнетиками, используемыми в традиционной магнитной памяти, которые действительно создают значительную результирующую намагниченность.
Исследователи используют хорошо изученный эффект Холла (в котором приложенное магнитное поле индуцирует напряжение в проводнике в направлении, перпендикулярном как полю, так и потоку тока) для считывания значений антиферромагнитных битов. Если все спины в антиферромагнитном бите переворачиваются в одном направлении, напряжение Холла меняет знак. Таким образом, один знак напряжения соответствует направлению «вращения вверх» или «1», а другой знак — «направлению вращения вниз» или «0».
Изменение знака напряжения контролируется
В новой работе команда под руководством Сатору Накацудзи Токийский университет бывшее в употреблении оборудование, разработанное Клиффорд Хикс и коллеги в Бирмингем разместить образец Mn3Sn под напряжением. Мн3Sn представляет собой несовершенный (вейлевский) антиферромагнетик со слабой намагниченностью, и известно, что он проявляет очень сильный аномальный эффект Холла (АЭХ), при котором носители заряда приобретают компонент скорости, перпендикулярный приложенному электрическому полю, даже без приложенного магнитного поля.
Легированные антиферромагнетики переключаются быстрее
Исследователи обнаружили, что, прикладывая к образцу различную степень деформации, они могут контролировать как величину, так и знак АЭХ материала. «С момента открытия AHE Эдвином Холлом в 1881 году не было сделано никаких отчетов о непрерывной настройке знака AHE в зависимости от штамма», — говорит Накацудзи. Мир физики. «На первый взгляд может показаться, что холловская проводимость, величина, нечетная при обращении времени, не может контролироваться деформацией, даже при обращении времени. Однако наш эксперимент и теория ясно демонстрируют, что очень маленькая деформация порядка 0.1% может контролировать не только размер, но и знак АЭХ».
Важно для антиферромагнитной спинтроники
Команда говорит, что возможность управлять АЭХ с помощью деформации будет важна для приложений так называемой «спинтроники», в которых используются антиферромагнитные материалы. Поскольку полуметаллическое состояние Вейля Mn3Sn также можно переключать электрически, новое открытие делает материал еще более привлекательным для спинтроники, и ряд групп по всему миру сейчас работают над его изготовлением в виде тонкой пленки.
Настоящая работа подробно описана в Физика природы.
