Raziskovalci na Univerzi v Tokiu na Japonskem, univerzah Cornell in Johns Hopkins v ZDA ter Univerzi v Birminghamu v Združenem kraljestvu so opazili velik piezomagnetizem v antiferomagnetnem materialu, mangan-kositer (Mn3Sn). Ugotovitev bi lahko omogočila, da se ta material in drugi podobni uporabijo v računalniških pomnilnikih naslednje generacije.
Antiferomagnetni materiali so obetavni kandidati za prihodnje pomnilniške naprave z visoko gostoto iz dveh glavnih razlogov. Prvi je ta, da se elektronski vrtljaji (ki se uporabljajo kot biti ali podatkovne enote) v antiferomagnetih hitro obračajo pri frekvencah v območju terahercev. Ti hitri preobrati vrtenja so možni, ker se vrtljaji v antiferomagnetih nagibajo k temu, da so med seboj antiparalelni, kar vodi do močnih interakcij med vrtljaji. To je v nasprotju z običajnimi feromagneti, ki imajo vzporedne elektronske vrtljaje.
Drugi razlog je, da medtem ko imajo antiferomagneti notranji magnetizem, ki ga ustvari vrtenje njihovih elektronov, nimajo skoraj nobene makroskopske magnetizacije. To pomeni, da je mogoče bitove zapakirati bolj gosto, saj ne motijo drug drugega. To je spet v nasprotju s feromagneti, ki se uporabljajo v običajnem magnetnem pomnilniku, ki ustvarjajo precejšnjo neto magnetizacijo.
Raziskovalci uporabljajo dobro razumljen Hallov učinek (pri katerem uporabljeno magnetno polje inducira napetost v prevodniku v smeri, ki je pravokotna na polje in tok toka), da odčitajo vrednosti antiferomagnetnih bitov. Če se vsi vrtljaji v antiferomagnetnem bitu obrnejo v isto smer, Hallova napetost spremeni predznak. En znak napetosti torej ustreza smeri vrtenja navzgor ali "1", drugi znak pa smeri vrtenja navzdol ali "0".
Sev nadzoruje spremembo predznaka
V novem delu je ekipa pod vodstvom Satoru Nakatsuji od Univerza v Tokiu rabljena oprema, ki jo je razvil Clifford Hicks in sodelavci pri Birmingham postaviti vzorec Mn3Sn pod obremenitvijo. Mn3Sn je nepopoln (Weylov) antiferomagnet s šibko magnetizacijo in znano je, da kaže zelo močan anomalen Hallov učinek (AHE), pri katerem nosilci naboja pridobijo komponento hitrosti, pravokotno na uporabljeno električno polje, tudi brez uporabljenega magnetnega polja.
Dopirani antiferomagneti preklopijo hitreje
Raziskovalci so ugotovili, da lahko z različnimi stopnjami obremenitve vzorca nadzorujejo tako velikost kot predznak AHE materiala. "Od odkritja AHE s strani Edwina Halla leta 1881 ni bilo nobenega poročila o neprekinjenem uglaševanju znaka AHE z napetostjo," pravi Nakatsuji. Svet fizike. »Na prvi pogled se lahko zdi, da Hallove prevodnosti, količine, ki je pri časovnem obratu nenavadna, ni mogoče nadzorovati z deformacijo, ki je celo pri časovnem obratu. Vendar pa naš eksperiment in teorija jasno dokazujeta, da lahko zelo majhen sev v velikosti 0.1 % nadzoruje ne le velikost, ampak tudi znak AHE.”
Pomembno za antiferomagnetno spintroniko
Ekipa pravi, da bo zmožnost nadzora AHE z uporabo napetosti pomembna za tako imenovane aplikacije "spintronike", ki vključujejo antiferomagnetne materiale. Ker je Weylovo polkovinsko stanje Mn3Sn je mogoče preklopiti tudi električno, novo odkritje naredi material še bolj privlačen za spintroniko in številne skupine po vsem svetu zdaj delajo na njegovi izdelavi v obliki tankega filma.
To delo je podrobno opisano v Naravna fizika.
